Efter att ha fastställt förekomsten av andra galaxer, Hubble och andra började observera dem närmare-notera deras former, deras innehåll, och så många andra egenskaper som de kunde mäta., Detta var en skrämmande uppgift på 1920-talet när man fick ett enda fotografi eller spektrum av en galax kunde ta en hel natt av outtröttlig observation. Idag har större teleskop och elektroniska detektorer gjort denna uppgift mindre svår, men att observera de mest avlägsna galaxerna (de som visar oss universum i sina tidigaste faser) kräver fortfarande enorma ansträngningar.

det första steget i att försöka förstå en ny typ av objekt är ofta helt enkelt att beskriva det. Kom ihåg att det första steget i att förstå stellar spectra var helt enkelt att sortera dem enligt utseende (se analysera Starlight)., Som det visar sig kommer de största och mest lysande galaxerna i en av två grundläggande former: antingen är de smickrare och har spiralarmar, som vår egen galax, eller de verkar vara elliptiska (blimp – eller cigarrformade). Många mindre galaxer har däremot en oregelbunden form.

spiralgalaxer

vår egen galax och Andromeda-galaxen är typiska, stora spiralgalaxer. De består av en central bulge, en halo, en skiva och spiralarmar. Interstellärt material sprids vanligen genom spiralgalaxernas skivor., Ljusa emissionsnebulosor och heta, unga stjärnor är närvarande, särskilt i spiralarmarna, vilket visar att ny stjärnbildning fortfarande förekommer. Skivorna är ofta dammiga, vilket är särskilt märkbart i de system som vi ser nästan kant på (Figur).

Figur 1: spiralgalaxer. (a) spiralarmarna på M100, som visas här, är blåare än resten av galaxen, vilket indikerar unga, högmassiga stjärnor och stjärnbildande regioner., (B) vi ser denna spiralgalax, NGC 4565, nästan exakt kant på, och från denna vinkel kan vi se stoftet i galaxens plan; det verkar mörkt eftersom det absorberar ljuset från stjärnorna i galaxen. (credit a: modification of work by Hubble Legacy Archive, NASA, ESA och Judy Schmidt; credit b: modification of work by ”Jschulman555” /Wikimedia)

i galaxer som vi ser ansikte på, Gör de ljusa stjärnorna och emissionsnebulosan spirals armar sticker ut som de hos ett pinwheel den fjärde juli., Öppna stjärnhopar kan ses i armarna på närmare spiraler, och globulära kluster är ofta synliga i sina halor. Spiralgalaxer innehåller en blandning av unga och gamla stjärnor, precis som Vintergatan gör. Alla spiraler roterar, och riktningen på deras spinn är sådan att armarna verkar spåra ungefär som kölvattnet på en båt.

cirka två tredjedelar av de närliggande spiralgalaxerna har boxiga eller jordnötsformade stjärnor som löper genom sina centra (Figur 2). Visar stor originalitet, astronomer kallar dessa galaxer spärrade spiraler.,

Figur 2: Barred spiralgalax. NGC 1300, som visas här, är en spärrad spiralgalax. Observera att spiralarmarna börjar i ändarna av baren. (credit: NASA, ESA, och Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

som vi noterade i Vintergatan Galaxy kapitel, vår galax har en blygsam bar också. Spiralarmarna börjar vanligtvis från ändarna av baren. Det faktum att barer är så vanliga tyder på att de är långlivade; det kan vara att de flesta spiralgalaxer bildar en bar någon gång under deras utveckling.,

i både spärrade och oförstörda spiralgalaxer observerar vi en rad olika former. Vid en extrem är den centrala bulgen stor och ljus, armarna är svaga och tätt lindade, och ljusa emissionsnebulosor och supergianta stjärnor är inkonsekventa. Hubble, som utvecklade ett system för att klassificera galaxer efter form, gav dessa galaxer beteckningen Sa. Galaxer i denna extrema kan inte ha någon tydlig spiralarmstruktur, vilket resulterar i ett linsliknande utseende (de kallas ibland lentikulära galaxer)., Dessa galaxer verkar dela lika många egenskaper med elliptiska galaxer som de gör med spiralgalaxer

vid den andra ytterligheten är den centrala bulan liten och armarna är löst sårade. I dessa Sc-galaxer är lysande stjärnor och emissionsnebulosor mycket framträdande. Vår galax och Andromeda-galaxen är båda mellanliggande mellan de två ytterligheterna. Bilder av spiralgalaxer, som illustrerar de olika typerna, visas i Figur 3, tillsammans med elliptiska galaxer för jämförelse.

Figur 3: Hubble klassificering av galaxer., Denna figur visar Edwin Hubbles ursprungliga klassificering av galaxer. Elliptiska galaxer är till vänster. Till höger kan du se de grundläggande spiralformerna illustrerade, tillsammans med bilder av faktiska barred och unbarred spiraler. (credit: modification of work by NASA, ESA)

de lysande delarna av spiralgalaxer verkar variera i diameter från ca 20,000 till mer än 100,000 ljusår. Nya studier har visat att det förmodligen finns en stor mängd Galaktiskt material som sträcker sig långt bortom galaxernas uppenbara kant., Detta material verkar vara tunn, kall gas som är svår att upptäcka i de flesta observationer.

från de observationsdata som finns tillgängliga beräknas massorna av de synliga delarna av spiralgalaxer sträcka sig från 1 miljard till 1 biljon Solar (109 till 1012MSun). De totala luminositeterna hos de flesta spiraler faller inom intervallet 100 miljoner till 100 miljarder gånger solens ljusstyrka (108 till 1011LSun). Vår galax och M31 är relativt stora och massiva, som spiraler går., Det finns också en stor mörk materia i och runt galaxerna, precis som i Vintergatan.vi härleder dess närvaro från hur snabba stjärnor i galaxens yttre delar rör sig i sina banor.

elliptiska galaxer

elliptiska galaxer består nästan helt av gamla stjärnor och har former som är sfärer eller ellipsoider (något krossade sfärer) (Figur 4). De innehåller inga spår av spiralarmar. Deras ljus domineras av äldre rödaktiga stjärnor (population II stjärnor diskuteras i Vintergatan galaxen)., I de större närliggande elliptikalerna kan många globulära kluster identifieras. Stoft-och emissionsnebulosor är inte iögonfallande i elliptiska galaxer, men många innehåller en liten mängd interstellär Materia.

Figur 4: elliptiska galaxer. (a) ESO 325-G004 är en gigantisk elliptisk galax. Andra elliptiska galaxer kan ses runt kanterna på denna bild. b) den elliptiska galaxen härstammar troligen från kollisionen mellan två spiralgalaxer., (credit a: modification of work by NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); credit b: modification of work by ESA/Hubble, NASA)

elliptiska galaxer visar olika grader av flattning, allt från system som är ungefär sfäriska till de som närmar sig spirals flathet. De sällsynta gigantiska elliptikalerna (till exempel ESO 325-G004 i Figur 4) når 1011lsun-armaturer. Massan i en jätte elliptisk kan vara så stor som 1013MSun., Diametrarna i dessa stora galaxer sträcker sig över flera hundra tusen ljusår och är betydligt större än de största spiralerna. Även om enskilda stjärnor kretsar kring mitten av en elliptisk galax, är banorna inte alla i samma riktning, som förekommer i spiraler. Därför verkar ellipticals inte rotera på ett systematiskt sätt, vilket gör det svårt att uppskatta hur mycket mörk materia de innehåller.

vi finner att elliptiska galaxer sträcker sig hela vägen från jättarna, som just beskrivits, till dvärgar, som kan vara den vanligaste typen av galax., Dwarf ellipticals (ibland kallade dvärg sfäroidaler) flydde vårt meddelande länge eftersom de är mycket svaga och svåra att se. Ett exempel på en dvärg elliptisk är Leo I Dvärg Sfäroidalaxen som visas i Figur 5. Luminositeten hos denna typiska dvärg är ungefär lika med den för de ljusaste globulära klustren.

mellanliggande mellan de gigantiska och dvärg elliptiska galaxerna är system som M32 och M110, de två följeslagarna i Andromeda-galaxen. Medan de ofta kallas dvärg elliptiska, är dessa galaxer betydligt större än galaxer som Leo I.,

Figur 5: Dwarf elliptisk galax. M32, en dvärg elliptisk galax och en av följeslagarna till den gigantiska Andromeda-galaxen m31. M32 är en dvärg av galaktiska standarder, eftersom det bara är 2400 ljusår över. (credit: NOAO/AURA/NSF)

oregelbundna galaxer

Hubble klassificerade galaxer som inte har de vanliga formerna i samband med de kategorier vi just beskrivit i catchall bin av en oregelbunden galax, och vi fortsätter att använda hans term., Vanligtvis har oregelbundna galaxer lägre massa och luminositeter än spiralgalaxer. Oregelbundna galaxer verkar ofta oorganiserade, och många genomgår relativt intensiv stjärnbildningsaktivitet. De innehåller både unga befolkningen i stjärnor och gamla befolkningen II stjärnor.

de två mest kända oregelbundna galaxerna är det stora magellanska molnet och det lilla magellanska molnet (Figur 6), som ligger på ett avstånd av lite mer än 160 000 ljusår bort och är bland våra närmaste extragalaktiska grannar., Deras namn återspeglar det faktum att Ferdinand Magellan och hans besättning, som gjorde sin världsomspännande resa, var de första europeiska resenärerna att märka dem. Även om de inte är synliga från USA och Europa, är dessa två system framträdande från södra halvklotet, där de ser ut som stridiga moln på natthimlen. Eftersom de bara är ungefär en tiondel så långt bort som Andromeda-galaxen, utgör de ett utmärkt tillfälle för astronomer att studera nebulosor, stjärnhopar, variabla stjärnor och andra viktiga föremål i en annan galax., Det stora magellanska molnet innehåller till exempel 30 Doradus-komplexet (även känt som Tarantelnebulosan), en av de största och mest lysande grupperna av supergianta stjärnor som är kända i vilken galax som helst.

Figur 6: 4-meters teleskop vid Cerro Tololo Inter-American Observatory Silhouetted mot södra himlen. Vintergatan ses till höger om kupolen, och de stora och små Magellanska molnen ses till vänster., (credit: Roger Smith / NOAO / AURA / NSF)

det lilla magellanska molnet är betydligt mindre massivt än det stora magellanska molnet, och det är sex gånger längre än det är brett. Denna smala wisp av material pekar direkt mot vår galax som en pil. Det lilla magellanska molnet blev troligen inkorporerat i sin nuvarande form genom gravitationsinteraktioner med Vintergatan., Ett stort spår av skräp från denna interaktion mellan Vintergatan och det lilla magellanska molnet har strötts över himlen och ses som en serie gasmoln som rör sig med onormalt hög hastighet, känd som den Magellanska strömmen. Vi kommer att se att denna typ av interaktion mellan galaxer kommer att bidra till att förklara de oregelbundna formerna för hela denna kategori av små galaxer,

Galaxy Evolution

uppmuntras av framgången med h-r diagram för Stjärnor (se analysera Starlight), astronomer studerar galaxer hoppades att hitta någon form av jämförbara system, där skillnader i utseende kan knytas till olika evolutionära stadier i livet av galaxer. Skulle det inte vara trevligt om varje elliptisk galax utvecklats till en spiral, till exempel, precis som varje huvudsekvens stjärna utvecklas till en röd jätte? Flera enkla idéer av detta slag försökte, några av Hubble själv, men ingen stod tidens test (och observation).,

eftersom det inte fanns något enkelt system för att utveckla en typ av galax till en annan, tenderade astronomer sedan till motsatt synvinkel. Ett tag trodde de flesta astronomer att alla galaxer bildades mycket tidigt i universums historia och att skillnaderna mellan dem hade att göra med graden av stjärnbildning. Ellipticals var de galaxer där all interstellär Materia snabbt omvandlades till stjärnor. Spiraler var galaxer där stjärnbildning inträffade långsamt under hela galaxens livstid. Denna idé visade sig vara för enkel också.,

idag förstår vi att åtminstone vissa galaxer har ändrat typer under de miljarder år sedan universum började. Som vi kommer att se i senare kapitel kan kollisioner och sammanslagningar mellan galaxer dramatiskt förändra spiralgalaxer till elliptiska galaxer. Även isolerade spiraler (utan granngalaxer i sikte) kan ändra sitt utseende över tiden. När de konsumerar sin gas kommer stjärnbildningshastigheten att sakta ner, och spiralarmarna blir gradvis mindre iögonfallande., Under långa perioder börjar spiraler därför se mer ut som galaxerna i mitten av Figur 3 (som astronomer kallar S0-typer).

under de senaste decennierna har studien av hur galaxer utvecklas under universums livstid blivit ett av de mest aktiva områdena för astronomisk forskning. Vi kommer att diskutera galaxernas utveckling mer detaljerat i galaxernas utveckling och fördelning, men låt oss först se lite mer i detalj hur olika galaxer är.,

ordlista

elliptisk galax: en galax vars form är en ellips och som inte innehåller något iögonfallande interstellärt material

oregelbunden galax: en galax utan tydlig symmetri eller mönster; varken en spiral eller en elliptisk galax

spiralgalax: en tillplattad, roterande galax med pinwheelliknande armar av interstellärt material och unga stjärnor, slingrande ut från dess centrala utbuktning