Этапы эволюции галактик

 

	Звезды	Виды звезд и их объединения	Наблюдение за звездами
	Этапы эволюции звезд и их систем	Млечный Путь	Интересные факты

 

Звездная эволюция

Эволюция галактик

 

Размеры галактик простираются от карликовых с какими-нибудь десятками миллионов звезд до массивных - с тысячами миллиардов звезд. Хотя, несмотря на их внешнее разнообразие, все они могут быть отнесены к тому или иному типу строения.

Эллиптические галактики отличает четко выраженная сферическая (эллипсоидная) структура и уменьшающаяся к краям яркость. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светимости. Там не встретить бело-голубых гигантов и сверхгигантов. Нет пылевой материи, которая в галактиках, где она имеется, видна как темные полосы на непрерывном фоне звезд галактики, поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном только большим или меньшим сжатием.

 

Спиральные галактики характеризуются значительным суммарным вращательным моментом и наличием центрального балджа (почти сферического утолщения), окруженного диском. Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звездного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа. Абсолютное большинство наблюдаемых спиральных галактик вращается в сторону закручивания спиральных ветвей. Многие (в среднем две из трех) спиральные галактики имеют в центре перемычку («бар»), от концов которой отходят спиральные рукава. В рукавах содержится значительная часть пыли и газа, также множество звездных скоплений. Вещество в них вращается вокруг центра галактики под действием гравитации.

 

Линзовидные галактики представляют собой промежуточный тип. Как и в спиральных галактиках, у них наблюдается звездный или газово-звездный диск, сплющенный круговым объемом звезд. С эллиптическими их роднит то, что они потратили или потеряли свою межзвездную материю, вследствие чего частота формирования звезд в них понижена. Все же, в своих дисках они могут сохранять значительные запасы пыли. В результате, они состоят в основном из старых звезд.

Неправильные галактики не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего они имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. Около половины вещества в них составляет межзвездный газ. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами. Некоторые их них являются маленькими спиральными галактиками, разрушенными приливными силами больших компаньонов.

Эволюция

Эволюцией галактики называется изменение ее интегральных характеристик со временем: спектра, цвета, химического состава, поля скоростей. Описать жизнь галактики непросто: на эволюцию галактики влияют не только эволюция отдельных ее частей, но также и ее внешнее окружение.

Согласно принятой иерархической модели формирования галактик, первыми структурами, образовавшимися в ранней Вселенной, являются маленькие протогалактики, массы которых составляют всего несколько тысяч Солнц. Появляется все больше доказательств того, что главными движущими силами эволюции галактик и причиной их разнообразия являются взаимодействие и столкновение галактик друг с другом. При этом не следует думать, что столкновение двух галактик будет представлять собой бесчисленные столкновения между входящими в них звездами. На самом деле, вероятность столкновения двух звезд очень мала, потому что размеры их очень малы по сравнению со средним расстоянием между ними. Но межзвездное пространство заполнено газом и пылью, и именно эти компоненты взаимодействуют, когда галактики сталкиваются. Гравитационное взаимодействие приводит к нарушению структуры газопылевой среды и к перекачиванию вещества из одной галактики в другую.

Трение, возникающее между газом в сталкивающихся галактиках, порождает ударные волны, которые могут вызвать образование новых звезд. Новые звезды в первые несколько миллионов лет своей жизни имеют весьма необычную светимость и голубизну, а потому обнаружение таких звезд является наиболее очевидным признаком произошедшего столкновения.

Многие активные галактики, включая квазары, также являются частью взаимодействующих или сливающихся систем. Множество далеких и, следовательно, очень старых галактик носят следы разрушения, что свидетельствует о том, что в ранней Вселенной столкновения галактик были скорее правилом, чем исключением. Проведенные вычисления показывают, что большинство скоплений галактик уже прошло через одно или более таких столкновений. Наш Млечный Путь, очевидно, тоже является результатом слияния небольших галактик. Существует маленькая карликовая галактика, которая вливается в нашу прямо сейчас, а еще восемь близ расположенных карликовых галактик сольются с ней через некоторое время.

Ученые полагают, что многие современные галактики, включая и Млечный Путь, образовались миллиарды лет назад именно путем слияния более мелких.

Долгое время Вселенная, остыв после Большого Взрыва, оставалась темной и холодной - ничто ее не освещало. Этот период, названный «Темными веками», закончился, когда сформировались звезды. Очень ранний возраст Вселенной, к которому относят начало формирования первого поколения звезд, впервые осветивших ее спустя всего 200 млн. лет после Большого Взрыва, привел к идее о том, что таинственный тип невидимой материи собрал газ вместе вскоре после рождения Вселенной, позволив сформироваться первым звездам и галактикам.

Скрытая масса (или темная материя) возникла почти сразу после Большого Взрыва, в отличие от знакомых нам атомов. Она слабо взаимодействует с электромагнитным излучением (чем и объясняются трудности ее обнаружения), однако, как и «нормальная» материя, обладает гравитацией, поэтому способна сама собираться в сгущения и притягивать «нормальную» материю. Темная материя, возможно, служила теми гравитационными «зернами», которые вызывали увеличение плотности энергии в небольших областях пространства. Гравитационные силы этих областей притягивали к себе все окружающее вещество, становясь зернами будущих галактик. Сегодня уже достоверно известно, что галактики окружены гало из темной материи, которые в 10 раз массивнее видимых компонентов галактик.

Возможны два сценария развития событий: концентрация материи в больших структурах с последующим формированием в них звезд или формирование звезд с последующим объединением их в большие структуры. Пока еще не известно, какой из них был реализован и что в действительности являлось источником энергии для первых источников света, осветивших Вселенную, - звезды с их термоядерным синтезом или излучение, вызванное падением материи на черные дыры.

Черные дыры могут играть важную роль на начальной стадии формирования галактик, собирая материю вместе посредством своей мощной гравитации. Новые открытия супермассивных черных дыр в центрах трех ближайших эллиптических галактик только прибавляют в этом уверенности. Такая связь, естественно вызывает вопрос и о том, что появилось сначала - галактика или черная дыра, хотя последние данные в большей степени указывают на то, что именно черные дыры формируют вокруг себя галактики.

До сих пор нет единой теории о том, как все эти процессы согласуются между собой, но будущая теория образования и эволюции галактик должна объяснять следующие наблюдения:

1.  В момент окончания темных веков вещество было крайне однородным. Флуктуации (изменения или колебания) температуры реликтового фона в различных участках пространства не превышают 0,01%.

2.  Первичными элементами, полученными в ходе первичного нуклеосинтеза (ядерных реакций образования элементов), были водород, дейтерий, гелий, литий и немного бериллия.

3. Количество сверхмассивных эллиптических галактик в единице объема почти не меняется за последние 8 млрд. лет.

4. Структуры эллиптических и спиральных галактик динамически сильно отличаются друг от друга.