Введение
Класс галактик, характеризующийся спиральными структурами, исходящими из их ядра. Спиральные галактики образуют класс галактик, впервые описанный Эдвином Хабблом в его работе 1936 года «Царство туманностей» и, следовательно, являются частью последовательности Хаббла. Большинство спиральных галактик состоит из плоского вращающегося диска, содержащего звезды, газ и пыль, и центральной концентрации звезд, известной как балдж. Они часто окружены гораздо более слабым гало из звезд, многие из которых находятся в шаровых скоплениях. Спиральные галактики получили свое название благодаря спиральным структурам, которые простираются от центра в галактический диск. Спиральные рукава являются областями активного звездообразования и ярче окружающего диска из-за молодых, горячих звезд типа OB, которые в них находятся. Примерно две трети всех спиральных галактик имеют дополнительный компонент в виде перемычки, простирающейся от центрального балджа, у концов которой начинаются спиральные рукава. Соотношение спиральных галактик с перемычкой к спиральным галактикам без перемычки, вероятно, менялось на протяжении истории Вселенной: около 10% содержали перемычки примерно 8 миллиардов лет назад, около четверти – 2,5 миллиарда лет назад, и до настоящего времени более двух третей галактик в наблюдаемой Вселенной (объём Хаббла) имеют перемычки. Млечный Путь является галактикой с перемычкой, хотя сама перемычка трудно наблюдаема с текущего положения Земли в галактическом диске. Наиболее убедительные доказательства формирования перемычки звездами в центре Галактики получены в результате нескольких недавних обзоров, включая данные космического телескопа «Спитцер». Вместе с неправильными галактиками спиральные галактики составляют около 60% галактик в современной Вселенной. Они в основном встречаются в областях с низкой плотностью и редко встречаются в центрах скоплений галактик.
Spiral galaxies form a class of galaxy originally described by Edwin Hubble in his 1936 work The Realm of the Nebulae and, as such, form part of the Hubble sequence. Most spiral galaxies consist of a flat, rotating disk containing stars, gas and dust, and a central concentration of stars known as the bulge. These are often surrounded by a much fainter halo of stars, many of which reside in globular clusters. Spiral galaxies are named by their spiral structures that extend from the center into the galactic disc. The spiral arms are sites of ongoing star formation and are brighter than the surrounding disc because of the young, hot OB stars that inhabit them. Roughly two thirds of all spirals are observed to have an additional component in the form of a bar like structure, extending from the central bulge, at the ends of which the spiral arms begin. The proportion of barred spirals relative to barless spirals has likely changed over the history of the universe, with only about 10% containing bars about 8 billion years ago, to roughly a quarter 2.5 billion years ago, until present, where over two thirds of the galaxies in the visible universe (Hubble volume) have bars. The Milky Way is a barred spiral, although the bar itself is difficult to observe from Earth's current position within the galactic disc. The most convincing evidence for the stars forming a bar in the Galactic Center comes from several recent surveys, including the Spitzer Space Telescope. Together with irregular galaxies, spiral galaxies make up approximately 60% of galaxies in today's universe. They are mostly found in low density regions and are rare in the centers of galaxy clusters.
Спиральные рукава
Спиральные рукава — это области, состоящие из звёзд, которые простираются от центра спиральных галактик с перемычкой и без неё. Эти длинные, тонкие области напоминают спираль, благодаря чему спиральные галактики и получили своё название. Естественно, различные типы спиральных галактик имеют различные структуры рукавов. Например, галактики Sc и SBc характеризуются очень "рыхлыми" рукавами, в то время как галактики Sa и SBa имеют плотно закрученные рукава (в соответствии с классификацией Хаббла). В любом случае, спиральные рукава содержат множество молодых голубых звёзд (из-за высокой плотности вещества и интенсивного звездообразования), что и делает их такими яркими.
Выпуклость
Выпуклость — это большая, плотно упакованная группа звёзд. Этот термин относится к центральной группе звёзд, встречающейся в большинстве спиральных галактик, и часто определяется как избыток звёздного света по сравнению с экстраполяцией вовнутрь света внешнего (экспоненциального) диска. Согласно классификации Хаббла, выпуклость галактик Sa обычно состоит из звёзд II популяции — старых, красных звёзд с низкой металличностью. Более того, выпуклости галактик Sa и SBa, как правило, имеют большие размеры. В отличие от них, выпуклости галактик Sc и SBc значительно меньше и состоят из молодых, голубых звёзд I популяции. Некоторые выпуклости обладают свойствами, схожими со свойствами эллиптических галактик (уменьшенными до меньшей массы и светимости), в то время как другие выглядят как более плотные центры дисков, с характеристиками, аналогичными дисковым галактикам. Считается, что в центрах многих выпуклостей находится сверхмассивная чёрная дыра. Например, в нашей Галактике объект, известный как Стрелец А*, является сверхмассивной чёрной дырой. Существует множество свидетельств существования чёрных дыр в центрах спиральных галактик, включая наличие активных ядер в некоторых спиральных галактиках и динамические измерения, обнаруживающие большие компактные центральные массы в галактиках, таких как Messier 106.
Бар
Вытянутые полосовидные структуры звезд наблюдаются примерно в двух третях всех спиральных галактик. Их выраженность может быть как сильной, так и слабой. В спиральных (и линзовидных) галактиках, видимых с ребра, наличие перемычки иногда можно определить по внеплоскостным X-образным или (в форме арахиса) структурам, которые обычно имеют максимальную видимость на половине длины перемычки, лежащей в плоскости галактики.
Сфероид
Основная масса звёзд в спиральной галактике расположена либо вблизи одной плоскости (галактической плоскости) по более или менее обычным круговым орбитам вокруг центра галактики (галактического центра), либо в сфероидной галактической выпуклости вокруг галактического ядра. Однако некоторые звёзды населяют сфероидный гало или галактический сфероид – тип галактического гало. Орбитальное поведение этих звёзд остаётся предметом споров, но они могут демонстрировать ретроградные и/или сильно наклоненные орбиты, либо вообще не двигаться по регулярным орбитам. Звёзды гало могут формироваться из небольших галактик, падающих в спиральную галактику и сливающихся с ней – например, карликовая сфероидальная галактика Стрелец в настоящее время сливается с Млечным Путем, и наблюдения показывают, что некоторые звёзды в гало Млечного Пути были захвачены из неё. В отличие от галактического диска, гало, по-видимому, свободно от пыли, и, в отличие от диска, звёзды в галактическом гало относятся ко II популяции, значительно старше и с гораздо меньшей металличностью, чем их звёзды I популяции в галактическом диске (но схожи с теми, что находятся в галактической выпуклости). Гало галактики также содержит множество шаровых скоплений. Движение звёзд гало время от времени приводит их через диск, и считается, что ряд небольших красных карликов, расположенных вблизи Солнца, принадлежит галактическому гало, например, звезда Каптейна и Грумбридж 1830. Из-за их нерегулярного движения вокруг центра галактики эти звёзды часто демонстрируют необычно высокое собственное движение.
Самые старые спиральные галактики
Самая старая спиральная галактика, зафиксированная на данный момент, – BX442. Её возраст составляет одиннадцать миллиардов лет, что более чем на два миллиарда лет превышает возраст любой предыдущей обнаруженной галактики. Исследователи считают, что форма галактики обусловлена гравитационным влиянием карликовой галактики-спутника. Компьютерное моделирование, основанное на этом предположении, показывает, что спиральная структура BX442 сохранится около 100 миллионов лет. A1689B11 – чрезвычайно старая спиральная галактика, расположенная в скоплении галактик Abell 1689 в созвездии Девы. A1689B11 находится на расстоянии 11 миллиардов световых лет от Земли и образовалась через 2,6 миллиарда лет после Большого взрыва. BRI 1335 0417 – самая удалённая из известных спиральных галактик, по данным на 2021 год. Красное смещение этой галактики равно 4,4, что означает, что свет от неё шёл до Земли 12,4 миллиарда лет.
Связанные
В июне 2019 года участники проекта Galaxy Zoo, работающие в качестве добровольцев-ученых, сообщили, что общепринятая классификация Хаббла, в особенности в отношении спиральных галактик, может оказаться несостоятельной и нуждается в пересмотре.
Модель плотности волны
Бертил Линдблад предположил, что спиральные рукава представляют собой области повышенной плотности (волны плотности), вращающиеся медленнее, чем звезды и газ галактики. Когда газ входит в волну плотности, он сжимается, что приводит к образованию новых звезд, в том числе короткоживущих голубых звезд, освещающих рукава.
Историческая теория Линь и Шу
Первая приемлемая теория спиральной структуры была разработана К. С. Лином и Фрэнком Шу в 1964 году, чтобы объяснить крупномасштабную структуру спиральных галактик как результат распространения волны малой амплитуды с фиксированной угловой скоростью, вращающейся вокруг галактики со скоростью, отличной от скорости движения газа и звезд. Они предположили, что спиральные рукава являются проявлением спиральных волн плотности, – они исходили из того, что звезды движутся по слегка эллиптическим орбитам, при этом ориентация этих орбит взаимосвязана, то есть эллипсы плавно меняют свою ориентацию друг относительно друга с увеличением расстояния от центра галактики. Это иллюстрируется на диаграмме справа. Очевидно, что эллиптические орбиты сближаются в определенных областях, создавая эффект рукавов. Таким образом, звезды не остаются навсегда в том положении, в котором мы их наблюдаем, а проходят сквозь рукава, двигаясь по своим орбитам.
Еще молодые звезды в спиральных рукавах
Спиральные рукава кажутся визуально ярче, поскольку содержат как молодые звезды, так и более массивные и светимые звезды, чем в остальной части галактики. Поскольку массивные звезды эволюционируют гораздо быстрее, их гибель приводит к образованию более темного фона из тусклых звезд сразу за фронтами плотности. Это делает фронты плотности гораздо более выразительными.
Спиральная туманность
До того, как стало известно, что спиральные галактики существуют за пределами нашей галактики Млечный Путь, их часто называли спиральными туманностями, благодаря лорду Россу, чей телескоп «Левиафан» первым выявил спиральную структуру галактик. В 1845 году он обнаружил спиральную структуру галактики M51, позднее получившей прозвище «Галактика Водоворот», и его рисунки очень близки к современным фотографиям. В 1846 и 1849 годах лорд Росс выявил аналогичный рисунок в галактиках Messier 99 и Messier 33 соответственно. В 1850 году он сделал первый рисунок спиральной структуры галактики Андромеды. В 1852 году Стивен Александр предположил, что Млечный Путь также является спиральной туманностью. Вопрос о том, представляли ли эти объекты собой отдельные галактики, независимые от Млечного Пути, или же являлись типом туманностей, существующих внутри нашей галактики, стал предметом «Великих дебатов» 1920 года между Хебером Кертисом из обсерватории Лика и Харлоу Шэпли из обсерватории Маунт-Уилсон. Начиная с 1923 года, Эдвин Хаббл наблюдал цефеиды в нескольких спиральных туманностях, включая так называемую «туманность Андромеды», доказав, что они на самом деле являются целыми галактиками, находящимися за пределами нашей. Термин «спиральная туманность» с тех пор вышел из употребления.
Млечный Путь
Когда-то Млечный Путь считался обычной спиральной галактикой. Астрономы впервые начали подозревать, что Млечный Путь является галактикой с перемычкой, в 1960-х годах. Эти подозрения были подтверждены наблюдениями космического телескопа Спитцер в 2005 году, которые показали, что центральная перемычка Млечного Пути больше, чем предполагалось ранее.