Где собираются звезды? Кратко о галактиках

Галактики - это космические мегаполисы, в которых звезды рождаются, живут и в конечном итоге умирают. В наблюдаемой вселенной есть триллион галактик, но каждая из них уникальна, как снежинка. Наша собственная галактика Млечный Путь содержит несколько сотен миллиардов звезд.

Звезды редко встречаются одни во вселенной. Они формируются и живут своей жизнью в обширных ассоциациях, известных как галактики. Как правило, они содержат от десятков миллионов до триллионов звезд. Звезды и пылевые структуры в галактиках особенно легко изучаются в инфракрасном свете. Галактики бывают разных форм и размеров. Подобно снежинкам, каждая из них уникальна, но повторяющиеся узоры мы видим снова и снова. Одним из ключевых преимуществ изучения галактик в инфракрасном свете является то, что яркость звезд немного менее предвзята. В видимом свете более массивные звезды могут выделять столько света, что области формирования звезды могут выглядеть непропорционально более значительными, чем они есть на самом деле. В инфракрасном диапазоне этот дисбаланс является менее экстремальным, поэтому мы получаем более детальное представление о том, как звезды фактически распределены.

Многие галактики также заполнены пылевыми облаками, которые скрывают наш взгляд на общую структуру. Поскольку пыль становится все более прозрачной для инфракрасных длин света, это также улучшает наш взгляд на структуру галактик.

При более длинных волнах инфракрасного света пыль сама начинает светиться. Этот важный компонент материала галактики становится легко идентифицировать и изучать, помогая нам лучше понять, как газ и пыль перемещаются и собираются. Это имеет фундаментальное значение для изучения того, как новые поколения звезд постоянно формируются в галактиках.

Спиральные галактики

Спиральные галактики напоминают штифты, благодаря длинным рукавам газа, пыли и звезд, которые, по-видимому, вращаются вокруг яркой выпуклости в центре галактики. Большая часть приходится на очень тонкий, широкий диск, который может составлять сотни тысяч световых лет.

Невероятные спиральные узоры, которые образуются на этих дисках, вроде как гравитационные пробки, известные как волны плотности. Звезды и газ, которые вращаются вокруг центра галактики, могут поражать эти неустойчивости, задерживаясь достаточно долго, чтобы создать материал, который образует спиральные рукава и более плотные пылевые полосы, найденные там. Именно в этих регионах звезды, как правило, формируются в непрерывном процессе, который постоянно добавляет новые звезды на диск. Инфракрасные наблюдения позволяют легко выбрать теплую пыль, связанную с самыми большими участками звездообразования.

Более толстая выпуклость звезд обычно находится в центре спиральной галактики, которая обычно состоит из старых звезд. Астрономы пришли к выводу, что все галактики, вероятно, имеют невероятно массивную черную дыру в своих центрах. Черная дыра - это точка бесконечной гравитации, от которой даже свет не может убежать. Черные дыры в центрах галактик могут быть в миллионы раз более массивными, чем наше Солнце. Хотя они слишком малы, чтобы наблюдать напрямую, часто их присутствие может нагревать окружающие облака пыли, которые ярко светятся в инфракрасном свете.

Наша собственная галактика - Млечный Путь - это спиральная галактика.

Спиральные с стержнем

У многих спиральных галактик есть необычная особенность, проходящая через их самые центры – прямая полоса распределения звезд. Хотя эти полосы могут быть очень очевидны в видимом свете, галактики могут содержать скрытые от нашего взгляда пылевые облака и звездообразующие области. Полосы легче всего видеть при просмотре только звезд ближнего инфракрасного света.

Появление инфракрасной астрономии показало, что стержни были гораздо более распространены, чем ожидали астрономы. Позволяя нам заглянуть сквозь пыль к базовой популяции звезд, звездные бруски можно найти во всех размерах. Инфракрасные исследования нашей Галактики Млечный Путь показывают, что даже у нее, кажется, есть центральный стержень.

Несмотря на то, что галактические стержни кажутся довольно прямыми, звезды внутри них следуют за сложными орбитами эллипсоида. Похоже, что стержни могут быть результатом гравитационных взаимодействий между галактиками, которые часто формируются в результате близкого столкновения.

Эллиптические галактики

Не все галактики образуют плоские, пыльные диски. Другой распространенный тип известен как эллиптическая галактика. Как следует из названия, эти объекты имеют либо круглую, либо овальную форму. Они часто демонстрируют небольшую структуру, за пределами которой значительно большая плотность звезд, чем в самом центре. Наименьшие эллиптические галактики составляют менее одной десятой размера Млечного Пути, а самые большие могут быть в сотни раз больше.

Эллиптические галактики имеют форму от кругового до овального. Концентрация звезд экспоненциально возрастает по направлению к центру и резко падает в их внешнем течении. Звезды в них в основном старые. Их орбиты не следуют упорядоченному вращению, как мы видим на дисках спиральных галактик; вместо этого они роятся вокруг друг друга, как пчелы вокруг улья.

Инфракрасные виды эллиптических галактик быстро раскрывают еще одну ключевую особенность: у них очень мало пыли или газа. Отсутствуют яркие пылевые структуры, видимые таким образом в средневолновых наблюдениях за спиральными галактиками. Вот почему у них нет молодых звезд - там просто не хватает газа и пыли, чтобы создавать новые звезды.

По-видимому, эллиптические галактики на самом деле являются галактическими каннибалами. Самые крупные из них, похоже, формируются из слияния небольших галактик. Эти массивные объекты с течением времени тянут меньшие галактики, лишая их газа и ассимилируя их звезды.

Взаимодействующие галактики

Пространство между галактиками обширно, но они по-прежнему сталкиваются друг с другом. Взаимодействия между галактиками невероятно медленны по человеческим меркам, в течении сотен миллионов лет. Когда мы смотрим во вселенную, все, что мы видим, это моментальные снимки на разных этапах этих огромных событий.

В некоторых случаях галактики могут просто проходить рядом друг с другом. Это может немного исказить их формы и создать такие формы, как стержни и необычные спиральные ручки, которые могут сохраняться долго после завершения схватки.

Когда галактики взаимодействуют более непосредственно, они могут искажать друг друга гораздо более резко. Во время этого процесса облака газа внутри них сталкиваются и сжимаются, и часто приводятся в самые ядра галактик. Эти обширные сжатые облака газа становятся огромными галактическими родильными домами. Звезды могут формироваться с невероятными скоростями, иногда по темпам, в тысячу раз превышающим нормальные галактики. Эта активность звездообразования имеет тенденцию возникать в затенении коконов пыли, которые скрывают активность в видимом свете. Однако эти огромные пылевые комплексы будут нагреваться новорожденными звездами, и будут ярко светиться в инфракрасном диапазоне.

Газ и пыль, попавшие в ядра взаимодействующих галактик, также могут подавать топливо для сверхмассивных черных дыр в их центрах. По мере того, как материальные спирали попадают в черную дыру, она нагревается и может излучать свет от рентгеновских до инфракрасных лучей. Астрономы называют их активными галактическими ядрами.

Слияние галактик может привести к образованию эллиптических галактик. Фактически, наибольшие галактики в кластерах обычно представляют собой гигантские эллиптические элементы вблизи их центров, которые со временем продолжают расти все больше, поскольку они поглощают меньшие галактики.