Po ustaleniu istnienia innych galaktyk, Hubble i inni zaczęli je dokładniej obserwować—zwracając uwagę na ich kształty, ich zawartość i tyle innych właściwości, ile mogą zmierzyć., Było to trudne zadanie w latach 20., gdy uzyskanie jednego zdjęcia lub widma galaktyki mogło zająć całą noc niestrudzonych obserwacji. Dziś większe teleskopy i detektory elektroniczne utrudniają to zadanie, choć obserwowanie najbardziej odległych galaktyk (tych, które pokazują nam wszechświat w jego najwcześniejszych fazach) wciąż wymaga ogromnego wysiłku.

pierwszym krokiem w próbie zrozumienia nowego typu obiektu jest często po prostu jego opis. Pamiętaj, że pierwszym krokiem w zrozumieniu widm gwiazd było po prostu uporządkowanie ich według wyglądu (patrz Analiza światła gwiazd)., Jak się okazuje, największe i najjaśniejsze galaktyki mają jeden z dwóch podstawowych kształtów: albo są bardziej płaskie i mają ramiona spiralne, jak nasza Galaktyka, albo wydają się być eliptyczne (sterowiec lub cygaro). Wiele mniejszych galaktyk ma natomiast nieregularny kształt.

galaktyki spiralne

nasza własna galaktyka i Galaktyka Andromedy są typowymi, dużymi galaktykami spiralnymi. Składają się z centralnego wybrzuszenia, halo, dysku i ramion spiralnych. Materiał międzygwiezdny jest zwykle rozłożony w dyskach galaktyk spiralnych., Jasne mgławice emisyjne i gorące, młode gwiazdy są obecne, zwłaszcza w ramionach spiralnych, co pokazuje, że nowe formowanie się gwiazd nadal zachodzi. Dyski są często zakurzone, co jest szczególnie zauważalne w tych systemach, na których widzimy prawie krawędź (rysunek).

Rysunek 1: galaktyki spiralne. (a) ramiona spiralne M100, pokazane tutaj, są bardziej niebieskie niż reszta galaktyki, co wskazuje na Młode, o dużej masie gwiazdy i rejony gwiazdotwórcze., (B) widzimy galaktykę spiralną, NGC 4565, prawie dokładnie na krawędzi i pod tym kątem widzimy pył w płaszczyźnie galaktyki; wydaje się ciemny, ponieważ pochłania światło z gwiazd w galaktyce. (credit a: modification of work by Hubble Legacy Archive, NASA, ESA, and Judy Schmidt; credit b: modification of work by „Jschulman555″/ Wikimedia)

w galaktykach, które widzimy twarzą, jasne gwiazdy i mgławice emisyjne sprawiają, że ramiona spirali wyróżniają się jak wiatraczek czwartego lipca., Otwarte gromady gwiazd można zobaczyć w ramionach bliższych spirali, a gromady kuliste są często widoczne w ich aureolach. Galaktyki spiralne zawierają mieszaninę młodych i starych gwiazd, podobnie jak Droga Mleczna. Wszystkie spirale obracają się, a kierunek ich wirowania jest taki, że ramiona wydają się podążać śladem podobnie jak stypa łodzi.

około dwóch trzecich pobliskich galaktyk spiralnych ma pudełkowate lub orzechowe paski gwiazd biegnące przez ich centra (ryc. 2). Wykazując wielką oryginalność, astronomowie nazywają te galaktyki spiralami.,

Rysunek 2: galaktyka spiralna z poprzeczką. NGC 1300 to galaktyka spiralna z poprzeczką. Należy pamiętać, że ramiona spiralne zaczynają się na końcach paska. (źródło: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team(STScI/AURA))

jak zauważyliśmy w rozdziale Drogi Mlecznej, nasza galaktyka ma również skromny Pasek. Ramiona spiralne zwykle zaczynają się od końców pręta. Fakt, że bary są tak powszechne, sugeruje, że są one długotrwałe; może być tak, że większość galaktyk spiralnych tworzy bar w pewnym momencie podczas swojej ewolucji.,

zarówno w galaktykach spiralnych, jak i niebarwionych obserwujemy szereg różnych kształtów. Z jednej strony Centralne wybrzuszenie jest duże i jasne, ramiona są słabe i ciasno zwinięte, a jasne mgławice emisyjne i supergiganty są niepozorne. Hubble, który opracował system klasyfikacji galaktyk według kształtu, nadał tym galaktykom oznaczenie Sa. Galaktyki na tym krańcu mogą nie mieć wyraźnej struktury ramion spiralnych, co skutkuje wyglądem podobnym do soczewki (czasami nazywane są galaktykami soczewkowymi)., Galaktyki te wydają się mieć tyle samo właściwości z galaktykami eliptycznymi, co z galaktykami spiralnymi

na drugim krańcu, Centralne wybrzuszenie jest małe, a ramiona są luźno nawinięte. W tych galaktykach Sc bardzo widoczne są świetliste gwiazdy i mgławice emisyjne. Nasza Galaktyka i Galaktyka Andromedy są zarówno pośrednie między dwoma skrajnościami. Fotografie galaktyk spiralnych, ilustrujące różne typy, są pokazane na rysunku 3, wraz z galaktykami eliptycznymi dla porównania.

Rysunek 3: Klasyfikacja galaktyk Hubble ' a., Rysunek ten przedstawia oryginalną klasyfikację galaktyk Edwina Hubble ' a. Galaktyki eliptyczne są po lewej stronie. Po prawej stronie można zobaczyć podstawowe kształty spirali zilustrowane, wraz z obrazami rzeczywistych spirali z paskami i niebarwionymi. (źródło: modyfikacja prac NASA, ESA)

Świetliste części galaktyk spiralnych wydają się mieć średnicę od około 20 000 do ponad 100 000 lat świetlnych. Ostatnie badania wykazały, że istnieje prawdopodobnie duża ilość materiału galaktycznego, który rozciąga się daleko poza pozorną krawędzią galaktyk., Materiał ten wydaje się być cienkim, zimnym gazem, który jest trudny do wykrycia w większości obserwacji.

z dostępnych danych obserwacyjnych wynika, że masy widocznych części galaktyk spiralnych wynoszą od 1 miliarda do 1 biliona słońc (109 do 1012msun). Całkowita jasność większości spirali mieści się w zakresie od 100 milionów do 100 miliardów razy jaśniej niż jasność naszego Słońca (108 do 1011lsun). Nasza Galaktyka i M31 są stosunkowo duże i masywne, jak spirale., Istnieje również znaczna ciemna materia w galaktykach i wokół nich, podobnie jak w Drodze Mlecznej; dedukujemy jej obecność na podstawie tego, jak szybko gwiazdy w zewnętrznych częściach galaktyki poruszają się po swoich orbitach.

galaktyki eliptyczne

galaktyki eliptyczne składają się prawie całkowicie ze starych gwiazd i mają kształty, które są sferami lub elipsoidami (nieco zgniecionymi sferami) (Rysunek 4). Nie zawierają śladów ramion spiralnych. Ich światło jest zdominowane przez starsze gwiazdy czerwonawe (Gwiazdy populacji II w galaktyce Drogi Mlecznej)., W większych pobliskich eliptykach można zidentyfikować wiele gromad kulistych. Mgławice pyłowe i emisyjne nie są widoczne w galaktykach eliptycznych, ale wiele z nich zawiera niewielką ilość materii międzygwiazdowej.

Rysunek 4: galaktyki eliptyczne. (a) ESO 325-G004 jest olbrzymią galaktyką eliptyczną. Inne galaktyki eliptyczne można zobaczyć wokół krawędzi tego obrazu. (b) owa galaktyka eliptyczna prawdopodobnie powstała w wyniku zderzenia dwóch galaktyk spiralnych., (credit a: modification of work by NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/Aura); credit b: modification of work by ESA/Hubble, NASA)

galaktyki eliptyczne wykazują różne stopnie spłaszczenia, począwszy od układów, które są w przybliżeniu sferyczne do tych, które zbliżają się do płaskości spirali. Rzadkie olbrzymie eliptyki (na przykład ESO 325-G004 na rysunku 4) osiągają jasność 1011lsun. Masa w gigantycznym eliptycznym może wynosić nawet 1013MSun., Średnice tych dużych galaktyk rozciągają się na przestrzeni kilkuset tysięcy lat świetlnych i są znacznie większe niż największe spirale. Chociaż poszczególne Gwiazdy okrążają centrum galaktyki eliptycznej, orbity nie są w tym samym kierunku, jak to ma miejsce w spiralach. W związku z tym eliptyki nie wydają się obracać w sposób systematyczny, co utrudnia oszacowanie, ile ciemnej materii zawierają.

stwierdzamy, że galaktyki eliptyczne rozciągają się od właśnie opisanych olbrzymów do karłów, które mogą być najczęstszym rodzajem galaktyk., Karłowate eliptyczne (czasami nazywane karłowatymi sferoidami) przez długi czas umykały naszej uwadze, ponieważ są bardzo słabe i trudne do zauważenia. Przykładem eliptycznego karła jest karłowata galaktyka sferoidalna Leo I pokazana na rysunku 5. Jasność tego typowego karła jest mniej więcej równa jasności najjaśniejszych gromad kulistych.

pomiędzy olbrzymimi i karłowatymi galaktykami eliptycznymi znajdują się układy takie jak M32 i M110, dwaj towarzysze Galaktyki Andromedy. Mimo że są one często określane jako karłowate eliptyczne, galaktyki te są znacznie większe niż galaktyki takie jak Leo I.,

Rysunek 5: karłowata galaktyka eliptyczna. M32-karłowata galaktyka eliptyczna i jeden z towarzyszy olbrzymiej Galaktyki Andromedy M31. M32 jest karłem według standardów galaktycznych, ponieważ znajduje się w odległości zaledwie 2400 lat świetlnych. (źródło: NOAO/AURA/NSF)

galaktyki nieregularne

Hubble sklasyfikował galaktyki, które nie mają regularnych kształtów związanych z kategoriami, które właśnie opisaliśmy w zbiorniku galaktyk nieregularnych i nadal Używamy jego terminu., Zazwyczaj galaktyki nieregularne mają mniejsze masy i jasność niż galaktyki spiralne. Galaktyki nieregularne często wydają się niezorganizowane, a wiele z nich przechodzi stosunkowo intensywną aktywność gwiazdotwórczą. Zawierają one zarówno Gwiazdy młodej populacji I, jak i gwiazdy starej populacji II.

dwie najbardziej znane galaktyki nieregularne to duży Obłok Magellana i mały Obłok Magellana (Rysunek 6), które znajdują się w odległości nieco ponad 160 000 lat świetlnych od nas i należą do naszych najbliższych sąsiadów pozagalaktycznych., Ich nazwy odzwierciedlają fakt, że Ferdinand Magellan i jego załoga, odbywając podróż dookoła świata, byli pierwszymi europejskimi podróżnikami, którzy je zauważyli. Chociaż nie są widoczne ze Stanów Zjednoczonych i Europy, te dwa systemy są widoczne z półkuli południowej, gdzie wyglądają jak wiotkie chmury na nocnym niebie. Ponieważ są one oddalone tylko o jedną dziesiątą od galaktyki Andromedy, stanowią doskonałą okazję dla astronomów do badania mgławic, gromad gwiazd, gwiazd zmiennych i innych kluczowych obiektów w otoczeniu innej galaktyki., Na przykład Wielki Obłok Magellana zawiera kompleks 30 Doradus (znany również jako Mgławica Tarantula), jedną z największych i najjaśniejszych grup supergigantów znanych w każdej galaktyce.

Rysunek 6: 4-metrowy teleskop w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo sylwetka na tle nieba południowego. Droga Mleczna jest widoczna na prawo od kopuły, a duże i małe Obłoki Magellana są widoczne na lewo., (źródło: Roger Smith/Noao /AURA / NSF)

Mały Obłok Magellana jest znacznie mniej masywny niż duży Obłok Magellana i jest sześć razy dłuższy niż szeroki. Ten wąski wisp materii wskazuje bezpośrednio na naszą Galaktykę jak strzała. Mały Obłok Magellana został najprawdopodobniej ukształtowany w wyniku oddziaływań grawitacyjnych z Drogą Mleczną., Duży ślad odłamków z tego oddziaływania między Drogą Mleczną i małym obłokiem Magellana został rozrzucony po niebie i jest postrzegany jako seria obłoków gazowych poruszających się z nienormalnie dużą prędkością, znanych jako strumień Magellana. Zobaczymy, że tego rodzaju interakcje między galaktykami pomogą wyjaśnić nieregularne kształty tej całej kategorii małych galaktyk,

Ewolucja galaktyk

zachęceni sukcesem diagramu H-R dla gwiazd (patrz Analiza światła gwiazd), astronomowie badający galaktyki mieli nadzieję znaleźć jakiś porównywalny schemat, w którym różnice w wyglądzie mogą być powiązane z różnymi etapami ewolucyjnymi w życiu galaktyk. Czy nie byłoby miło, gdyby każda galaktyka eliptyczna ewoluowała w spiralę, na przykład, tak jak każda gwiazda ciągu głównego ewoluuje w czerwonego olbrzyma? Próbowano kilku prostych pomysłów tego typu, niektóre sam Hubble, ale żaden nie przetrwał próby czasu (i obserwacji).,

ponieważ nie udało się znaleźć prostego schematu ewolucji jednego typu galaktyki w inny, astronomowie zmierzali wówczas do przeciwnego punktu widzenia. Przez pewien czas większość astronomów uważała, że wszystkie galaktyki powstały bardzo wcześnie w historii wszechświata i że różnice między nimi miały związek z szybkością formowania się gwiazd. Eliptyczne były te galaktyki, w których cała materia międzygwiazdowa została szybko przekształcona w gwiazdy. Spirale były galaktykami, w których powstawanie gwiazd następowało powoli przez cały okres istnienia galaktyki. Ten pomysł również okazał się zbyt prosty.,

dzisiaj rozumiemy, że przynajmniej niektóre galaktyki zmieniły typy na przestrzeni miliardów lat od początku wszechświata. Jak zobaczymy w późniejszych rozdziałach, zderzenia i fuzje między galaktykami mogą radykalnie zmienić galaktyki spiralne w galaktyki eliptyczne. Nawet odizolowane spirale (bez sąsiadujących galaktyk w zasięgu wzroku) mogą zmieniać swój wygląd w czasie. W miarę jak zużywają swój gaz, tempo formowania się gwiazd zwolni, a ramiona spiralne stopniowo staną się mniej rzucające się w oczy., Przez długie okresy spirale zaczynają więc wyglądać bardziej jak galaktyki w środku rysunku 3 (które astronomowie nazywają typami S0).

w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat badania nad ewolucją galaktyk przez cały okres istnienia wszechświata stały się jedną z najbardziej aktywnych dziedzin badań astronomicznych. Omówimy ewolucję galaktyk bardziej szczegółowo w ewolucji i dystrybucji galaktyk, ale najpierw zobaczmy trochę bardziej szczegółowo, jakie są różne galaktyki.,

Słowniczek

galaktyka eliptyczna: galaktyka, której kształt jest elipsą i która nie zawiera widocznego materiału międzygwiazdowego

galaktyka nieregularna: galaktyka bez wyraźnej symetrii lub wzoru; ani galaktyka spiralna, ani galaktyka eliptyczna

galaktyka spiralna: spłaszczona, obracająca się galaktyka z ramionami przypominającymi wiatraczek materiału międzygwiazdowego i młodych gwiazd, wystającymi z centralnego wybrzuszenia