Спиральные галактики и их ветви. Галактики с полярными кольцами

В глухих областях космического пространства недавно был обнаружен новый вид галактик, который условно назвали «супер спирали». Они имеют поистине исполинские размеры, по всем параметрам превосходят наш Млечный Путь и могут конкурировать размерами и яркостью с самыми большими галактиками, которые только были обнаружены во Вселенной.

Суперспиральные галактики, как оказалось, долгое время находились на виду у астрономов - они попросту удачно мимикрировали под типичные спиральные галактики. Новое исследование проводилось с использованием архивных данных НАСА и оно показало, что эти, на первый взгляд, близкие к нам галактики на самом деле находятся очень далеко, а кажутся близкими, потому что имеют исполинские размеры. Тут же перед исследователями встал новый вопрос: как вообще возможно существование таких спиральных галактик.

«Мы обнаружили ранее неизвестный класс спиральных галактик, которые такие же огромные и яркие как самые крупные галактики, известные нам. Если говорить понятным языком, то это то же самое, как если бы мы обнаружили на Земле новое неизвестное существо размерами со слона, но до сих пор неизвестное зоологам», - Патрик Огл из Калифорнийского технологического института, ведущий автор статьи, опубликованной в издании The Astrophysical Journal.

Одна из трёх галактик с двумя ядрами, её наименование 2MASX J08542169+0449308. Источник: SDSS

Огл и его коллеги совершенно случайно наткнулись на эти супер спирали, когда занимались поисками чрезвычайно ярких, массивных галактик в недрах архива NED (NASA/IPAC Extragalactic Database). Этот архив представляет собой онлайн-репозиторий, содержащий информацию о более чем ста миллионах галактик. NED объединяет в себе данные из многих разнообразных проектов, включая ультрафиолетовые наблюдения орбитального аппарата GALEX, наземного Слоановского цифрового обзора неба, обзора 2MASS и отдельных аппаратов «Спитцер» и WISE.

«Это удивительное открытие класса гигантских спиральных галактик состоялось только благодаря рутинному анализу базы данных галактик NED. Таким образом, можно сказать, что рутинная, систематическая и последовательная работа с обобщёнными по всем проектам архивами тоже приносит плоды. Мы уверены, что в недрах архива содержится информация о ещё многих таких самородках. Осталось нам лишь научиться задавать правильные вопросы», - Джордж Хелоу, соавтор исследований и руководитель архива.

Первоначально Огл, Хелоу и их коллеги справедливо полагали, что огромные, зрелые галактики, относящиеся к классу эллиптических из-за их необычной формы, будут доминирующими элементами в исследованной архивной информации. Но как оказалось, учёных ожидало огромное удивление. Из общей базы данных было выбрано примерно 800000 галактик, находящиеся от нас на расстоянии не более 3.5 миллиарда световых лет. Удивительным оказалось то, что у 53 из самых ярких галактик была форма спирали, а не эллипса. Исследователи перепроверили расстояния до этих галактик, оказалось, что они расположились ещё на 1.2 миллиарда световых лет дальше, чем первоначально предполагалось. Получив правильную оценку расстояний, и были выявлены ошеломляющие размеры и свойства этого новооткрытого класса спиральных галактик.

Ещё одна галактика, которую можно отнести к суперспиральным. Её имя 2MASX J16014061+2718161, она также имеет два ядра. Источник: SDSS

Как сейчас удалось установить, суперспиральные галактики могут иметь яркость, большую яркости Млечного Пути от 8 до 14 раз, они в десять раз массивнее нашей Галактики. Их яркие диски, заполненные звездами, имеют диаметр в 2–4 раза больше нашего, а самая большая известная спиральная галактика на сегодняшний день имеет 440000 световых лет в диаметре. Суперспиральные галактики испускают сильное ультрафиолетовое и среднее инфракрасное излучения. Это означает, что в их недрах активно протекают процессы образования новых звёзд, темп их рождения примерно в 30 раз выше, опять же по сравнению с нашей Галактикой.

Согласно нынешней астрофизической теории, спиральные галактики не могут никаким образом быть в состоянии достигнуть любой из этих удивительных особенностей, не говоря уже о том, чтобы обладать всеми этими свойствами сразу. Дело в том, что спиральные галактики растут посредством захвата холодного газа из межгалактического вещества. В какой-то момент масса обычной спиральной галактики достигает таких больших значений, вследствие чего захваченный газ начинает передвигаться внутрь неё очень быстро. Из-за этого образуется трение вещества и происходит нагрев, а повышение температуры начинает тормозить последующие процессы рождения новых звёзд. Но, как мы теперь все узнали, оказывается, что спиральные галактики не подчиняются этому закону.

Одна из самых больших суперспиральных галактик SDSS J094700.08+254045.7. Диаметр её диска составляет порядка 320000 световых лет.

Д-р. Дэнни Фолкнер

Со времени своего открытия галактики не перестают удивлять человеческий разум. Многие из них имеют форму прекрасных спиралей. Но если бы они вращались на протяжении миллиардов лет, разве не утратили бы они свои отчетливые формы рукавов спирали?

Огромные звездные острова, называемые «галактиками» парят в черном, как смоль, космосе. Предполагаемое количество видимых галактик составляет около 170 миллиардов, и каждая из них содержит в себе миллиарды или даже триллионы отдельных звезд. Созерцая это мерцающее чудо, мы задаемся вопросом: «Откуда взялись эти сияющие драгоценности?»

В первой главе книге Бытия нам дан безошибочный ответ: в четвертый день Создатель сотворил звезды (Бытие 1:16 ). Астрономы, отрицающие историю, данную нам Богом, не могут найти альтернативного объяснения происхождению звезд.

Одной из главных проблем для них являются прекрасные рукава спирали, украшающие многие галактики. Проще говоря, эти спирали должны были бы утратить свою форму, если бы они существовали в древней вселенной . Но на самом деле присутствие рукавов спиралей доказывает, что вселенная очень молода.

Строение галактик

Любое здравое толкование происхождения галактик требует длительного объяснения. Галактики расположены далеко друг от друга, и кажется, что между ними нет материи. Например, наша галактика, которая называется Млечный Путь, отделена от ближайшей галактики значительного размера - Андромеды (M 31)- расстоянием в два миллиона световых лет.

В каждой галактике присутствует огромное количество звезд. Млечный путь и M 31, которые являются обычными галактиками, состоят из около 200 миллиардов звезд каждая, и простираются от края до края на 100 000 световых лет. Довольно интересен тот факт, что другие галактики меньшего размера вращаются по орбите вокруг более крупных галактик, таких как наша и галактика M 31.

Галактики разделяются на два основных вида – спиральные и эллиптичные. Эллиптичные галактики, как следует из названия, имеют форму эллипса. Спиральные галактики, в свою очередь, имеют густую концентрацию звезд в центре, который называется ядром, и изящные рукава спирали, исходящие от ядра ко внешнему краю. Это придает галактике вид завихрения. Откуда же взялось такое расположение и многообразие?

Спирали порождают больше всего споров среди ученых-астрономов. Начиная с 30х годов предыдущего столетия, ученые начали спорить о строении и происхождении рукавов спирали и эти споры продолжаются и сегодня.

Открывая молодую вселенную

Прежде, чем разобраться с техническими трудностями, мы должны рассмотреть одно общепринятое заблуждение. Многие люди считают, что звезд много внутри рукава спирали, однако между рукавами они практически отсутствуют. На самом же деле, кучность звезд между рукавами и внутри рукава практически одинакова.

Если это так, то почему рукава спирали кажутся на вид такими яркими? Причина заключается в том, что в рукаве спирали находятся очень горячие и яркие синие звезды. Свет этих звезд доминирует в видимом спектре, поэтому рукава спирали так выделяются на фотографиях. Особенно это касается старых черно-белых фотографий, которые были очень чувствительны к синему цвету. На более современных цветных фотографиях в инфракрасной области спектра рукава спиралей не так сильно выделяются, так как более многочисленные красные звезды доминируют.

Кроме ярких синих звезд, в рукавах спирали присутствует также множество пыли и газа. Иногда пыль и газ концентрируются в «облака», которые называются «туманностями». Астрономы называют туманности и синие звезды «спутниками спирали», так как они вычерчивают местоположения рукавов спирали.

Однако еще в 1930-х годах астрономы столкнулись с одной проблемой. Внешним звездам требовалось больше времени, чтобы завершить движение по своей орбите, чем звездам, находящимся внутри спирали. Поскольку расстояние от центра галактики увеличивается, рукава спирали должны становиться нестабильными. То есть, после нескольких вращений, рукава спирали, должны были бы рассеяться.

Астрономы многие годы спорили о направлении движения рукавов спирали, пытаясь определить - они закручиваются или раскручиваются. Но не зависимо от того, какого взгляда они не придерживались, если бы возраст галактик составлял как минимум десять миллиардов лет, как обычно предполагается, то рукавов спиралей сейчас уже не должно было быть.

Неудачные предположения

К концу 1960-х годов астрономам показалось, что они нашли ответ на свой вопрос. Они разработали теорию волновой плотности спирали. Согласно этой концепции, рукава спирали ведут себя в межзвездном пространстве подобно звуковым волнам. Если некие внешние силы сжимают межзвездное пространство, в рукавах спирали возникают облака газа и пыли. Кроме того, из-за компрессии газа, предположительно, образовывались звезды.

В соответствии с этим мировоззрением, некоторые новые звезды должны были стать массивными синими звездами с очень коротким жизненным циклом (в лучшем случае, в несколько миллионов лет). Такие звезды были очень важны для подтверждения данной теории, однако, поскольку, предположительно, они существуют не долго, времени для того, чтобы «волна» перемещалась и оставляла после себя синие звезды, оказывается недостаточно. Поэтому в своей теории они предположили, что здесь на сцену выходила гравитация галактики и завершала процесс сбора материала и формирования звезд.

Детали теории волновой плотности спирали трудно доказать, однако у данного мировоззрения до сих пор есть непреклонные приверженцы. К 1990 годам ученые изучили небольшие галактики-спутники, и пришли к выводу, что они могут быть тем самым механизмом, который поддерживает форму спирали, однако и эту теорию доказать детально довольно сложно.

Темная материя?

За последнее десятилетие астрономы получили доказательства существования темной материи, что только усложняет общую картину. Темная материя интересна тем, что она не излучает света, однако ее общая масса намного превышает общую массу освещенной материи, а ее гравитация оказывает величайшее влияние на структуры тел внутри галактики, а также на весь космос.

Факты свидетельствуют о том, что темная материя находится во внешних слоях галактик. Большинство астрономов на сегодняшний день считают, что именно темная материя помогает спиралям галактик поддерживать жизнь. Однако даже самое лучшее доказательство существования темной материи – более высокая скорость обращения внешних слоев галактик, нежели предполагалось – может только усугубить, а не разрешить проблему существования спиралей.

Креационисты давно утверждают, что рукава спирали не должны существовать в древней вселенной, поэтому наличие рукавов спирали указывает на очень молодой возраст вселенной. Однако, поскольку большинство астрономов-эволюционистов начинают свои исследования с предположения о том, что возраст вселенной составляет миллиарды лет, они убеждены в существовании неких механизмов, которые продолжают поддерживать спиральную форму галактик. Если бы у них на самом деле были бы убедительные ответы на все эти вопросы, они перестали бы выдвигать все новые предположения. Их ошибки свидетельствуют о том, что аргументы креационистов не следует сбрасывать со счетов.

В недавние годы был разработан еще один метод. Астрономы фотографировали отдаленные галактики, находящиеся на расстоянии в 12 миллионов световых лет от Земли. Предположив, что примерно 13,7 миллиардов лет назад произошел «большой взрыв», они считают, что эти галактики являются самыми молодыми во вселенной. Они практически ничем не отличаются от соседних (и, предположительно, более старых) галактик, и практически идентичны на вид. Иначе говоря, и здесь мы не наблюдаем эволюционных процессов.

Опираясь на теорию недавнего сотворения, мы можем предполагать, что дальние галактики должны выглядеть практически так же, как и ближние, однако эволюционная модель этого не может допустить. Скажем еще раз: Божье Слово проливает незыблемый свет на происхождение и строение Его великой вселенной.

Доктор Дэнни Фолкнер является профессором физики и астрономии при Ланкастерском университете штата Южная Каролина. Он написал множество статей для астрономических журналов, а также является автором книги «Вселенная, созданная по разумному замыслу ».

СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ

- галактики, в к-рых заметны спиральныеветви; наиб. многочисл. тип наблюдаемых галактик. К С. г. относится, вчастности, Галактика, ближайшими к нам С. г. являются М 31 (туманностьАндромеды) и М 33 (туманность Треугольника).

Структура и состав спиральных галактик. В состав С. г. входятзвёзды с разл. возрастом и хим. составом, межзвёздный газ и межзвёзднаяпыль. Общая структура С. г. показана на рис. Плоская составляющая (1 )включает молодые звёзды и газопылевую среду и образует слой толщиной неск. 2)такжепринадлежат плоской составляющей. Диск (3 )содержит осн. массу звёздС. г. Изменение сглаженной плотности диска с радиусом r и координатой z, перпендикулярной его плоскости, r мин < r < r макс обычно следует закону:

Здесь - плотность в центре диска,r 0 2-5 кпк - радиальная шкала (характерный размер) диска, z 0 0,3-1кпк - нолутолщина диска; z 0 зависит от дисперсии скоростей звёздвдоль оси z. Закон описывает распределение плотности в изотермич. самогравитирующем диске. r. В нек-рых С. г. на наблюдается «обрыв» - резкое падение яркости (плотности) диска. Балдж (4)- внутренняя наиб. яркая часть сферической (сфероидальной) составляющейС. г., содержащей старые звёзды с вытянутыми орбитами. Гало (5) - внеш. Вращение галактик, Скрытая масса). Ядерная область (6) - выделяющаясяпо яркости или структурным особенностям центр. часть С. г. (см. также Ядрагалактик). Спектр обычно содержит эмиссионные линии. В ядерной областичасто концентрируются молекулярный газ и связанные с ним области звездообразования. Ок. 1% С. г. обладают активными ядрами ( сейфе ртовские галактики). Эти ядра имеют широкие эмиссионные линии, свидетельствующие о быстрыхдвижениях газа, со скоростями в тысячи км/с, высокую светимость (обычнонеск. % от интегральной светимости С. г.), нетепловой непрерывный спектри переменность на разл. масштабах времени.

Содержание газа и звездообразование. Осн. масса межзвёздногогаза в С. г. присутствует в двух формах: нейтрального газа (HI) и молекулярногогаза (Н 2). В большинстве С. г. почти весь газ сосредоточен впределах оптич. диаметра диска, однако имеется ряд примеров существованияпротяжённой газовой оболочки вокруг галактик (М81, М83). Масса газа поотношению к интегральной массе С. г. в ср. падает от галактик типа Sc кSa. Под действием УФ-излучения горячих звёзд газ ионизуется, образуя протяжённые зоныНИ, хорошо заметные на фотографиях С. г. Поскольку горячие звёзды высокойсветимости являются короткоживущими, светимость С. г. в эмиссионных линияхслужит критерием интенсивности звездообразования. Др. наиб. часто используемымииндикаторами интенсивности звездообразования являются: показатели цвета(см. Астрофотометрия )С. г., исправленные за межзвёздное покраснение(см. Межзвёздное поглощение), светимость С. г. в УФ-области спектраили в далёкой ИК-области (= 10-10 3 мкм), где излучает пыль, нагреваемая молодыми звёздами. 0,01- 10/год( кГ). В расчётена единицу массы интенсивность звездообразования уменьшается от галактикSc к Sa - в соответствии с относит. содержанием газа в этих С. г. Областизвездообразования образуют комплексы с характерным размером 0,5 кпк. В осн. они сосредоточены в спиральных ветвях С. г.

Спиральные ветви. Наблюдаемые свойства. Спиральные ветви (СВ)представляют области концентрации молодых звёзд и звёздных комплексов, 10 -5 -10 -6 Гс). На фоне звёздного диска СВ выделяются повышенной яркостью и болееголубым цветом. Пыль часто образует длинные неровные прожилки, идущие вдольвнутр. кромки СВ, что интерпретируется как результат существования ударныхфронтов в межзвёздной среде. За редким исключением СВ являются закручивающимися,

Различают СВ флокуллентные и регулярные. Первые представляют собой совокупностьотдельных много-числ. коротких дуг, не продолжающих одна другую. Вторыепрослеживаются на большом протяжении, нередко более одного оборота. В этомслучае чаще всего наблюдаются две ветви. Обычно ветви С. г. содержат втой или иной пропорции признаки обоих структурных типов.

Механизм образования и поддержания спиральных ветвей. В дифференциальновращающемся диске галактики спиральная структура может быть долгоживущейв двух случаях: когда СВ непрерывно возникают и разрушаются и когда весьспиральный узор вращается с одинаковой угл. скоростью, в отличие от дискаС. г., т. е. не связан с ним жёстко. Первый вариант пригоден для объясненияфлокуллентных СВ, к-рые образуются, если в галактиках непрерывно возникаютлокальные очаги звездообразования. Дифференц. вращение растягивает их вдуги, пока они не потеряют яркость и не исчезнут с прекращением образованиямассивных звёзд. Концентрацию старых звёзд диска флоккулентные СВ не меняют.

Регулярные СВ рассматриваются как волновые образования в диске [идеяпринадлежит Б. Линдбладу (В. Lindblad)]. В процессе движения вокруг центраС. г. звёзды и газ периодически проходят через гребни волн. При этом регулярноменяется как плотность, так и скорости их движения. Анализ поля скоростейгаза С. г. (а для нашей Галактики - и звёзд) подтверждает волновой характерСВ. наиб. высокую амплитуду изменения плотности имеет газ, поскольку дисперсияскоростей газовых облаков (10км/с) в неск. раз ниже, чем звёзд диска, а столкновения газовых масс сопровождаютсяпотерей энергии. Повышение плотности газа в СВ является осн. причиной увеличенияинтенсивности звездообразования в них.

Разрабатывается неск. подходов к объяснению механизмов возбуждения иподдержания спиральных волн плотности (СВП) в С. г. Возможность существованияСВП как малых возмущений в гравитирующем бесстолкновит. (звёздном) дискевпервые была показана в работе К. Лина (С. Lin) и Ф. Шу (F. Shu). В наиб.

Здесь - волновое число, т - мода колебаний (число спиралей), -угл. скорости вращения диска и СВП соответственно,- невозмущённая поверхностная плотность диска, c s - скоростьзвука или дисперсия скоростей, -эпициклич. частота. Роль сил упругости в бесстолкновит. среде играют силыКориолиса. Знак k определяет направление вращения спиралей (закручивающиесяили раскручивающиеся СВ). Дисперсионное соотношение даёт два решения для k, соответствующих «коротким» и «длинным» волнам, к-рые отличаются помимо направлением распространения. Величина для бесстолкновит. газа может иметь значения в интервале . Области диска, где реализуются верхние и нижние пределы, наз. соответственновнешним и внутренним линдбладовскими резонансами, а область - коротацией. Короткие волны распространяются от коротации к резонансам, c s ,проходя через диск за ~10 9 лет. Это обстоятельство, как и затуханиеСВП при появлении ударной волны в газе, заставляет искать механизмы усиленияили возбуждения колебаний. В качестве генератора СВП предлагались вращающийсябар (перемычка), если он имеется в С. г., а также наличие внешнего возмущающеготела (близкого спутника).

В альтернативном подходе, предложенном А. М. Фридманом, СВП имеют негравитационную, а гидродинамич. природу и генерируются в результате гидродинамич. v(r)(вблизи локального максимума кривой вращения). Возникающие при этомСВ имеют закручивающуюся форму, а их число определяется отношением , где - перепад скорости. Наблюдения показывают, что локальный максимум на кривойвращения наблюдается в центр. части мн. галактик (напр., Галактика, М 31),хотя и не всех. По-видимому, единого механизма генерации СВП не существует.

Лит.: Воронцов-Вельяминов Б. А., Внегалактическая астрономия,2 изд., М., 1978; Рольфе К., Лекции по теории волн плотности, пер. с англ.,М., 1980; К r u i t Р. С. van der, Searle L., Surface photometry of edge-onspiral galaxies. 3. Properties of the three dimensional distribution oflight and mass in disk of spiral galaxies, «Astron. and Astrophys.», 1982,т. 110, p. 61; К е n n i с u t t R. C. J г., The rate of star formationin normal disc galaxies, «Astrophys. J.», 1983, v. 272, p. 54; F r i dm a n А. М. и др., Centrifugal instability in rotating shallow water andthe problem of the spiral structure in galaxies, «Phys. Lett.», 1985, v.109 A, p. 228; Ефремов Ю. Н. и др., Современные представления о природеспиральной структуры галактик, «УФН», 1989, т. 157, в. 4, с. 599. А.

• - сосуды с относительно узким просветом, у которых утолщения вторичной клеточной стенки имеют вид спирали. Способны растягиваться и поэтому свойственны проводящим пучкам молодых растущих органов...

  Анатомия и морфология растений

• - гигантские звездные системы с числом звезд от десятков до сотен миллиардов в каждой. Современные оценки дают около 150 млн галактик в известной нам Метагалактике...
• - один из основных типов галактик, масса до триллиона масс Солнца, а звезд до 100-150...

  Начала современного Естествознания

• - гигантские звездные системы; к ним относится, в частности, наша Галактика. подразделяются на эллиптические, спиральные и неправильные. Ближайшие к нам галактики - Магеллановы Облака и туманность Андромеды...

  Астрономический словарь

• - вихревые движения воздуха у земной поверхности или за горным препятствием, возникающие в результате неравномерного нагревания склонов. См. Тсхачапи...

  Словарь ветров

• - роторы - вихревые валы воздуха, обладающие горизонтальной осью вращения. Наблюдаются в долинах, расположенных между параллельными горными хребтами...

  Словарь ветров

• - гигантские звёздные системы, подобные нашей звёздной системе - Галактике, в состав которой входит Солнечная система...
• - галактик, спиралевидные образования из горячих звёзд и газово-пылевой материи, отходящие от центр. части спиральных галактик к их периферии...
• - один из осн. типов галактик. Масса С. г. до ~ 1012 масс Солнца. Каждая С. г. имеет ядро, уплощенный диск, в к-ром располагаются спиральные ветви, и сферич. составляющую, ослабевающую к периферии...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - туманности в форме спирали, представляющие собой чрезвычайно удаленные звездные системы, подобные Млечному Пути. ...

  Морской словарь

• - см. Ткани...
• - см. Ткани...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - см. Клеточка...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - структурные образования, характерные для т. н. спиральных галактик...

  Большая Советская энциклопедия

• - гигантские звёздные системы, при наблюдениях в телескоп имеющие вид яркого ядра, из которого выходят спиральные ветви, закручивающиеся вокруг ядра. Чаще всего С. г. имеют две ветви, закручивающиеся в...

  Большая Советская энциклопедия

• - Тонкие, соединения в пучки трубочки, по которыми сок от концов кореньев поднимается по винтообразно или кольцеобразно изогнутым волокнам и расходится по всем частям растения...

  Словарь иностранных слов русского языка

"СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ" в книгах

Крендели спиральные