Галактические вздутия: структура и формирование центральных областей спиральных галактик.

Введение

Тесно сгруппированная группа звезд в составе более крупного звездного образования – центр галактики Млечный Путь.

В астрономии галактическое ядро (или просто ядро) – это тесно сгруппированная группа звезд в составе более крупного звездного образования. Этот термин почти исключительно относится к центральной группе звезд, обнаруженной в большинстве спиральных галактик (см. галактический сфероид). Ранее считалось, что ядра – это эллиптические галактики, окруженные диском звезд, но изображения высокого разрешения, полученные с помощью космического телескопа Хаббл, показали, что многие ядра находятся в центре спиральных галактик. В настоящее время предполагается, что существует как минимум два типа ядер: ядра, подобные эллиптическим галактикам, и ядра, подобные спиральным галактикам.

Классические выпуклости

Выпуклости, обладающие свойствами, схожими со свойствами эллиптических галактик, часто называют «классическими выпуклостями» из-за их сходства с историческим представлением о выпуклостях. Эти выпуклости состоят преимущественно из более старых звёзд, звёзд II популяции, и поэтому имеют красноватый оттенок (см. Звёздную эволюцию). Доля галактик без выпуклости во Вселенной остаётся примерно постоянной, по крайней мере, последние 8 миллиардов лет. В отличие от этого, около двух третей галактик в плотных скоплениях галактик (таких как скопление Девы) действительно имеют классическую выпуклость, что демонстрирует деструктивное влияние их сближения. Их часто называют псевдовыпуклостями или дисковыми выпуклостями. В этих выпуклостях звёзды не вращаются хаотично, а скорее упорядоченно, в той же плоскости, что и звёзды во внешнем диске. Это резко контрастирует с эллиптическими галактиками. Последующие исследования (с использованием космического телескопа Хаббл) показали, что выпуклости многих галактик не лишены пыли, а демонстрируют разнообразную и сложную структуру. Эта структура часто напоминает спиральную галактику, но значительно меньше. Гигантские спиральные галактики обычно в 2–100 раз больше спиралей, существующих в выпуклостях. Там, где они присутствуют, эти центральные спирали доминируют в свете выпуклости, в которой они находятся. Как правило, скорость звездообразования в псевдовыпуклостях сопоставима со скоростью звездообразования в дисковых галактиках. Иногда выпуклости содержат ядерные кольца, в которых звёзды формируются с гораздо более высокой скоростью (на единицу площади), чем обычно наблюдается во внешних дисках, как показано на примере NGC 4314 (см. фото). Такие характеристики, как спиральная структура и молодые звёзды, позволяют предположить, что некоторые выпуклости не образовались тем же путём, что и эллиптические галактики и классические выпуклости. Однако теории образования псевдовыпуклостей менее надёжны, чем теории образования классических выпуклостей. Псевдовыпуклости могут быть результатом слияний, богатых газом, произошедших позднее, чем те слияния, которые сформировали классические выпуклости (в течение последних 5 миллиардов лет). Однако диски сложно пережить процесс слияния, что ставит под сомнение этот сценарий. Многие астрономы предполагают, что выпуклости, похожие на диски, формируются вне диска и не являются продуктом слияния. Оставленные в покое дисковые галактики могут перераспределять свои звёзды и газ (в ответ на нестабильности). Продукты этого процесса (называемого светской эволюцией) часто наблюдаются в таких галактиках: как спиральные диски, так и бары галактик могут быть результатом светской эволюции дисков галактик. Светская эволюция также, как ожидается, направляет газ и звёзды к центру галактики. Если это происходит, плотность в центре галактики увеличивается, что приводит к формированию выпуклости со свойствами, схожими со свойствами дисковых галактик. Если светская эволюция, или медленная, устойчивая эволюция галактики, ответственна за формирование значительного числа выпуклостей, то многие галактики не испытывали слияний с момента формирования своего диска. Это означает, что современные теории формирования и эволюции галактик значительно переоценивают количество слияний за последние несколько миллиардов лет. Выпуклости с коробчатой/арахисовидной формой на самом деле являются перевернутым видом на перемычку галактики. Другие галактики, видимые с ребра, также могут демонстрировать коробчатую/арахисовидную перемычку, иногда с формой X.

Bulges that have properties similar to those of elliptical galaxies are often called "classical bulges" due to their similarity to the historic view of bulges. These bulges are composed primarily of stars that are older, Population II stars, and hence have a reddish hue (see stellar evolution). The bulgeless galaxy fraction of the Universe has remained roughly constant for at least the last 8 billion years. In contrast, about two thirds of galaxies in dense galaxy clusters (such as the Virgo Cluster) do possess a classical bulge, demonstrating the disruptive effect of their crowding. They are often referred to as pseudobulges or disky bulges. These bulges have stars that are not orbiting randomly, but rather orbit in an ordered fashion in the same plane as the stars in the outer disk. This contrasts greatly with elliptical galaxies. Subsequent studies (using the Hubble Space Telescope) show that the bulges of many galaxies are not devoid of dust, but rather show a varied and complex structure. This structure often looks similar to a spiral galaxy, but is much smaller. Giant spiral galaxies are typically 2–100 times the size of those spirals that exist in bulges. Where they exist, these central spirals dominate the light of the bulge in which they reside. Typically the rate at which new stars are formed in pseudobulges is similar to the rate at which stars form in disk galaxies. Sometimes bulges contain nuclear rings that are forming stars at much higher rate (per area) than is typically found in outer disks, as shown in NGC 4314 (see photo). Properties such as spiral structure and young stars suggest that some bulges did not form through the same process that made elliptical galaxies and classical bulges. Yet the theories for the formation of pseudobulges are less certain than those for classical bulges. Pseudobulges may be the result of extremely gas rich mergers that happened more recently than those mergers that formed classical bulges (within the last 5 billion years). However, it is difficult for disks to survive the merging process, casting doubt on this scenario. Many astronomers suggest that bulges that appear similar to disks form outside of the disk, and are not the product of a merging process. When left alone, disk galaxies can rearrange their stars and gas (as a response to instabilities). The products of this process (called secular evolution) are often observed in such galaxies; both spiral disks and galactic bars can result from secular evolution of galaxy disks. Secular evolution is also expected to send gas and stars to the center of a galaxy. If this happens that would increase the density at the center of the galaxy, and thus make a bulge that has properties similar to those of disk galaxies. If secular evolution, or the slow, steady evolution of a galaxy, is responsible for the formation of a significant number of bulges, then that many galaxies have not experienced a merger since the formation of their disk. This would then mean that current theories of galaxy formation and evolution greatly over predict the number of mergers in the past few billion years. The boxy/peanut bulges are in fact the bar of a galaxy seen edge on. Other edge on galaxies can also show a boxy/peanut bar sometimes with an X shape.