СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ

В отличие от эллиптических галактик спиральные галактики очень колоритны. Если эллиптические галактики ассоциируются с покоем, стабильностью, стационарностью, то спиральные галактики напоминают о вихрях, о вращениях, о динамике. Может, именно поэтому один ученый назвал Вселенную «неистовой». У спиральных галактик из центрального ядра выходят красивые ветви (рукава), которые за пределами галактики теряют свои очертания. Все это не может не ассоциироваться со стремительным, мощным движением. Для спиральных галактик характерно многообразие форм и рисунков спиральных ветвей.

Тем не менее ученые классифицировали все спиральные галактики. Вместо степени сжатости они использовали степень развития ветвей, а также размер ядра галактик. Так, спиралями, обозначаемыми Sа, Хаббл назвал те галактики, у которых ветви развиты слабо или вообще только намечаются. Такие галактики всегда обладают большими ядрами. Размеры их ядер составляют около половины наблюдаемого размера самой галактики. Эти спиральные галактики наименее выразительные. Можно даже сказать, что в них есть черты эллиптических галактик. Такая галактика показана на рисунке 22. Это галактика NGC 3898. Она расположена в созвездии Большой Медведицы. Конечно, не в буквальном смысле. Просто она на Рис. 23. Галактика NGC 1302 видимом небе занимает место в типа Sa

Рис. 22. Галактика NGC 3898 типа Sa

Рис. 23. Галактика NGC 1302 типа Sa

Рис. 24. Галактика NGC 3368 типа Sa

области этого созвездия. На самом же деле она находится далеко за пределами нашей Галактики. На рисунке 23 показана еще одна галактика, у которой спиральные ветви обозначены совсем слабо. Это галактика NGC 1302. На рисунке 24 показана галактика, у которой спиральные ветви развиты несколько больше.

Чаще всего у спиральной галактики имеются две спиральные ветви. Они начинаются у противоположных краев ядра галактики. Эти ветви раскручиваются сходным, симметричным образом. По мере удаления от ядра их яркость уменьшается, и на определенном расстоянии они и вовсе перестают быть видными, они теряются в противоположных областях периферии галактики. Но есть и такие спиральные галактики, у которых не две спиральные ветви, а больше. Правда, таких галактик меньше. Есть и такие галактики, в которых две спиральные ветви, но они неравноправны, несимметричны. При этом одна спиральная ветвь более развита, чем другая. Следующий подкласс спиральных галактик — это, по классификации Хаббла, галактики Sb. У этих галактик спиральные ветви заметно развиты, но у них нет богатых разветвлений. У галактик подкласса Sb ядра меньше, чем у галактик подкласса Sa. На рисунках 25–27 показаны фотографии спиральных галактик подкласса Sb — NGC 488, NGC 3521 и NGC 6384. Они расположены в порядке увеличения развития ветвей. Правда, это увеличение

Рис. 25. Галактика NGC 488 незначительное.

Как видно из типа Sb рисунков, для этих трех галактик характерна множественность спиральных ветвей. У галактики NGC 210 класса Sb есть только две четко выраженные, почти не разветвленные спиральные ветви.

К подклассу спиральных галактик Sс относятся галактики с сильно развитыми и разделяющимися на несколько рукавов ветвями. У этих галактик ядро малое. Примером таких галактик являются NGC 628, NGC 1232 и NGC 157. Они показаны на рисунках 28,29 и 30 соответственно.

Все спиральные галактики, которые показаны на приведенных здесь рисунках, наблюдаются или с торца (в плане), или в три четверти. Любопытно, как выглядят галактики, если их наблюдать с ребра (рис. 31, 32 и 33). На рисунке 31 показана галактика NGC 4594, которая принадлежит типу Sа, она сжата очень незначительно и обладает большим ядром. На рисунке 32 показана галактика NGC 4565 (тип Sb), она сжата больше и ее ядро значительно меньше. На рисунке 33 показана галактика NGC 4244 (тип

Рис. 26. Галактика NGC 3521 типа Sb

Рис. 27. Галактика NGC 6384 типа Sb

Рис. 28. Галактика NGC 628 типа Sc

Рис. 29. Галактика NGC 1232 типа Sс

Рис. 30. Галактика NGC 157 типа Sс

Рис. 31. Галактика в Деве NGC 4594

Sс). У этой галактики самое сильное сжатие и самое маленькое ядро.

У всех спиральных галактик, которые наблюдаются с ребра, видна темная полоса. Она разделяет галактику на две части. У галактики NGC 4244 эта полоса выражена слабо. Если на нашу Галактику смотреть с ребра, то тоже можно увидеть темную полосу. Объясняется это тем, что около плоскости симметрии галактик есть пылевое вещество.

Для спиральных галактик, наблюдаемых с ребра, коэффициент сжатия всегда больше семи. Для спиралей Sа показатель сжатия близок к 8, для спиралей Sb он имеет значения от 8,5 до 9, а для спиралей Sс показатель сжатия больше 9. Напомним, что у эллиптических галактик истинное сжатие никогда не превышает 7. Это не формальное различие. За ним стоит глубокий физический смысл. Дело в том, что в сжатых звездных системах спиральная структура почему-то не может проявиться. Она проявляется только в сильно сжатых галактиках. Показатель сжатия для этого должен быть равен 8 и больше. Ученые установили, что спиральная структура является результатом неустойчивости движения звезд, которая возникает при сильном сжатии.

Рис. 32. Галактика NGC 4565 типа Sb, наблюдаемая с ребра

Рис. 33. Галактика NGC 4244 типа Sс, наблюдаемая с ребра

Кстати, надо иметь в виду, что в спиральных ветвях сосредоточены в основном горячие гиганты и там же сосредоточены основные массы диффузной материи — межзвездного газа и межзвездной пыли.

К данному явлению можно подойти и «с другого конца». Не вызывает сомнения, что сильно сжатая звездная система в ходе своей эволюции просто не может стать слабо сжатой. Ясно, что невозможен и противоположный переход. Это значит, что эллиптические галактики не могут превращаться в спиральные, а спиральные — в эллиптические. Другими словами, галактики этих двух типов не представляют собой две различные стадии общего эволюционного развития. Каждый тип является примером различных эволюционных путей, которые обусловлены различным сжатием систем. А различное сжатие, в свою очередь, обусловлено разным количеством вращения систем. Если в ходе формирования галактика получила достаточное количество вращения, то она смогла принять сжатую форму и у нее развились спиральные ветви. Если количество вращения для этого было недостаточным, то галактика оказалась менее сжатой и спиральных ветвей у нее не образовалось. Она сформировалась как эллиптическая галактика.

Между спиральными и эллиптическими галактиками есть и другое различие. В спиральных галактиках, которые являются сильно сжатыми, наблюдаются и пылевая, и газовая материи. В то же время в слабо сжатых галактиках, какими являются эллиптические галактики, диффузной материи практически не наблюдается. Это различие специалисты объясняют следующим образом. Частицы газа и пылинки при своем движении сталкиваются. Эти столкновения являются неупругими. После столкновения энергия движения частиц должна уменьшаться. Поэтому они должны оседать в те места звездной системы, где меньше потенциальная энергия.

Если все это происходит в сильно сжатых звездных системах, то частицы должны оседать на главную плоскость галактики, поскольку именно здесь потенциальная энергия является минимальной. Сюда и оседает диффузная материя. Затем пыль и газ в главной плоскости галактики движутся почти параллельно по круговым орбитам. Поэтому столкновения частиц между собой очень редки. Если они и происходят, то потери энергии при этом минимальны. Это значит, что частицы дальше не перемещаются в направлении центра галактики, где потенциальная энергия еще меньше.

По иному развиваются процессы в слабо сжатых галактиках. У этих галактик главная плоскость не является резко выраженной областью малой потенциальной энергии. Только в направлении к центру галактики происходит сильное уменьшение потенциальной энергии. Это значит, что частицы газа притягиваются к центру галактики. Поэтому плотность частиц здесь высока. Она значительно больше, чем плотность частиц, когда они распределены по всей плоскости галактики. Собравшиеся вокруг центра галактики частицы газа и пыли под действием сил собственного притяжения сжимаются, и образуется малая по размерам область плотного вещества. Ученые не исключают, что из этого плотного вещества, состоящего из газа и пыли, в дальнейшем формируются звезды. Здесь важно другое — что малое по размерам облако пыли и газа, находящееся в центре слабо сжатой галактики, не обнаруживает себя при наблюдениях.

Мы описали два варианта галактик — с сильным сжатием и со слабым. Но существуют и некие промежуточные стадии — когда сжатие галактики недостаточно для того, чтобы назвать его сильным, и не так мало, чтобы назвать его сла-

Рис. 34. Галактика NGC 5866

Рис. 35. Галактика NGC 4548 типа SBb

бым. Один из таких случаев показан на рисунке 34. Здесь приведена фотография галактики NGC 5866, наблюдаемой с ребра. У этой галактики сжатие недостаточно сильное для того, чтобы пыль и газ собрались вдоль всей главной плоскости галактики. В то же время сжатие недостаточно слабое для того, чтобы пыль и газ сконцентрировались у самого центра галактики. Поэтому мы наблюдаем следующую картину: диффузная материя концентрируется около небольшой плоской области, которая окружает центр галактики.

Известен и еще один вид спиральных галактик — это галактики с перемычкой. Особенность их состоит в следующем. Если у обычных спиральных галактик ветви выходят непосредственно из круглого ядра, то в этих галактиках ядро находится в середине прямой перемычки. При этом спиральные ветви начинаются на концах этой перемычки. На рисунках 35 и 36 показаны фотографии спиральных галактик NGC 4548 и NGC 1073 соответственно. Это галактики с перемычкой. Их еще называют галактиками пересеченных спиралей. Эти пересеченные спирали по степени развития их ветвей делятся на три подкласса — SBa, SBb, SBc. Символ В означает наличие перемычки (от английского «bar», что означает «перемычка»). Каждый последующий класс имеет менее выраженную перемычку. Так, спиральная галактика NGC 4548 относится к типу SBb, а галактика

Рис. 36. Галактика NGC 1073 NGC 1073 — к типу SBc. типа SBc

Рис. 37. Галактика NGC 524 типа S0

Рис. 38. Галактика NGC 4762 типа S0, наблюдаемая с ребра

Физическая природа перемычки остается неясной.

Наша Галактика является спиральной и относится к типу Sb или Sc. У нее перемычки нет.

Есть еще один тип галактик. Они сильно сжатые и обладают ядром, как и спиральные галактики. Но в то же время у этих галактик нет спиральных ветвей. Поэтому если такую галактику наблюдать с торца (в плане), то она будет похожа на эллиптическую галактику. Если же наблюдать с ребра, то у нее не будет обычной темной полосы. Надо иметь в виду, что спиральная структура, как правило, связана с темным веществом. Отсутствие такого вещества свидетельствует о том, что у галактики нет спиральной структуры.

Ученые обнаружили и галактики сильно сжатые, как и спиральные, и обладающие ядром, но в остальном похожие на эллиптические галактики. Такие галактики стали обозначать S0. S — значит «спиральная», хотя в данном случае галактика не является спиральной в прямом смысле слова. Такие галактики еще называют чечевицеобразными.

На рисунке 37 показана галактика NGC 524 типа S0, которую наблюдали с торца (в плане). В отличие от эллиптических галактик у этой галактики есть ядро. Внешняя область ее более разрежена. Если бы ученые наблюдали эту галактику с ребра, то зафиксировали бы ее сильное сжатие. На рисунке 38 показана еще одна галактика этого типа S0. Это галактика NGC 4762. Особенность ее состоит в том, что она является наиболее сильно сжатой из всех галактик, которые наблюдались с ребра. Эту галактику отличает полное отсутствие полосы темного вещества.

Ученые полагают, что галактики типа S0 образуются в результате выметания пылевого и газового вещества из спиральных галактик. Такое может произойти, когда две спиральные галактики сталкиваются и проходят одна сквозь другую, поскольку плотность звезд (количество звезд в единице объема) очень мала.

Спиральная галактика может потерять диффузную материю и в том случае, если она проходит вблизи центра скопления галактик, где постепенно скапливаются пыль и газ, выброшенные ранее из других галактик в результате столкновений. Этот процесс потери диффузной материи при прохождении галактик вблизи центра скопления галактик несомненно играет главную роль при образовании галактик типа S0. Эту точку зрения подтверждает и тот факт, что именно в плотных и богатых скоплениях чаще всего наблюдаются галактики типа S0.