Многообразие галактик
Галактики — это звездные системы из миллионов, миллиардов и триллионов звезд, связанных друг с другом силами гравитации.
Самые маленькие галактики содержат в миллион раз меньше звезд, чем наша Галактика, и скорее напоминают шаровые скопления, только значительно больше по размерам. Диапазон диаметров наблюдаемых галактик также впечатляет: от нескольких сотен до сотен тысяч световых лет. Помимо звезд и планетных систем галактики включают в себя межзвездный газ, межзвездную пыль, а также продукты звездной эволюции: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.
Часть газа в галактиках просто рассеяна между звездами, а часть образует облака различной массы и плотности, в том числе массивные молекулярные облака с массой до миллиона масс Солнца. Небольшая доля газа приходится на яркие туманности вокруг горячих звезд. Существенная часть массы галактик приходится на темную (небарионную, т. е. не состоящую из атомов) материю, которая взаимодействует с обычным веществом только через гравитационное поле. Видимая материя погружена в протяженное темное гало. В крупных галактиках масса темной материи сравнима с массой обычного вещества, если ограничиться теми пределами, где еще наблюдаются звезды и газ. В карликовых звездных системах темной материи может быть в несколько раз больше. Полная масса темного гало, простирающегося намного дальше видимой материи, как правило, на порядок выше массы обычной, барионной, материи, содержащейся в галактике. Согласно наиболее распространенной схеме классификации по внешнему виду и структуре, галактики принято относить к одному из четырех морфологических типов: эллиптические, спиральные, линзовидные и неправильные.
ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИКИ составляют 5% от общего числа галактик. На фотографиях они выглядят как нерезкий эллипс, яркость которого быстро спадает от центра. Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как состоят они преимущественно из старых звезд. Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом температурой более миллиона градусов.
СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ — это галактики, обладающие звездными дисками, в которых присутствуют спиральные ветви. Если диск галактики наблюдается с ребра, то по внешнему виду она напоминает чечевицу или двояковыпуклую линзу. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звезд — гало. У части спиральных систем (по некоторым оценкам, более половины от общего числа) в центральной области имеется вытянутая звездная перемычка — бар. У некоторых галактик имеется центральное шарообразное утолщение в середине — балдж (от англ. bulge — вздутие).
ЛИНЗОВИДНЫЕ ГАЛАКТИКИ — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет четких спиральных рукавов. Среди всех звездных систем их примерно 20%.
ВСЕ ПРОЧИЕ ГАЛАКТИКИ, в которых отсутствует симметрия, классифицируются как неправильные галактики. Для них характерна неправильная, клочковатая форма. В таких галактиках содержится много газа (иногда более 50% их общей массы), и активно рождаются звезды.
Помимо нормальных (больших и сравнительно ярких) галактик наблюдается множество небольших, карликовых звездных систем. Галактик с хорошо развитыми спиральными ветвями среди карликов не встречается. Сравнительно низкая светимость затрудняет наблюдения карликовых галактик с очень больших расстояний, поэтому среди наблюдаемых галактик их доля составляет всего 5%. Но на самом деле карликовые галактики образуют самый многочисленный класс галактик в природе.
Основная часть галактик образовалась в первые миллиарды лет после начала расширения Вселенной. Свет от рекордно далеких галактик, обнаруженных на сегодняшний день, шел к нам более 10–12 млрд лет. Наблюдая такие галактики, мы видим их в далеком прошлом, в эпоху их молодости.
Хотя основная масса звезд в близких галактиках образовалась миллиарды лет назад и успела постареть, многие галактики до сих пор «достраивают» себя изнутри, образуя звезды и звездные скопления из запасов газа. Эллиптические галактики уже давно израсходовали свой газ, и молодых звезд в них почти нет. В других галактиках (спиральных и неправильных), где газ еще остался, звезды продолжают рождаться.
Активные ядра галактик
В некоторых галактиках наблюдается повышенная активность галактических ядер. Активность ядра — это выделение большого количества энергии в крошечной центральной области, сопоставимой по размеру с Солнечной системой. Активным ядром обладает около 1% массивных галактик — как спиральных, так и эллиптических, причем необязательно взаимодействующих. Из активного ядра происходит выброс газа, потоков высокоэнергичных электронов и протонов. Галактики с активными ядрами часто оказываются мощными источниками радиоизлучения и мощного коротковолнового излучения (ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения). Природа активных галактических ядер до сих пор не совсем ясна.
Наиболее вероятной причиной активности является наличие сверхмассивных (массой до нескольких миллиардов солнечных масс) черных дыр, а энергия активного ядра — это преобразованная гравитационная энергия вещества (газа или звезд), падающего на эти черные дыры. Гигантские черные дыры с массой в миллионы и даже миллиарды солнечных масс в последние годы действительно были предсказаны в центрах многих крупных галактик, и это дает основание полагать, что их гипотетическое наличие там является скорее правилом, чем исключением. Ядра галактик с наиболее высокой активностью «забивают» своим излучением миллиарды звезд этих галактик и наблюдаются с большого расстояния как необычные: звездоподобные объекты, сокращенно — QSO (Quasi-Stellar Objects), квазары.