Το 1845, ο Άγγλος αστρονόμος Λόρδος Ρος ανακάλυψε μια ολόκληρη κατηγορία νεφελωμάτων σπειροειδούς τύπου. Η φύση τους καθιερώθηκε μόλις στις αρχές του εικοστού αιώνα. Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι αυτά τα νεφελώματα είναι τεράστια αστρικά συστήματα παρόμοια με τον Γαλαξία μας, αλλά απέχουν πολλά εκατομμύρια έτη φωτός από αυτόν.
Γενικές πληροφορίες
Οι σπειροειδείς γαλαξίες (οι φωτογραφίες σε αυτό το άρθρο δείχνουν τα χαρακτηριστικά της δομής τους) μοιάζουν με ένα ζευγάρι πιατάκια στοιβαγμένα μεταξύ τους ή με έναν αμφίκυρτο φακό. Μπορούν να ανιχνεύσουν τόσο έναν τεράστιο αστρικό δίσκο όσο και ένα φωτοστέφανο. Το κεντρικό τμήμα, το οποίο οπτικά μοιάζει με οίδημα, ονομάζεται συνήθως εξόγκωμα. Και η σκοτεινή ζώνη (ένα αδιαφανές στρώμα του διαστρικού μέσου) που τρέχει κατά μήκος του δίσκου ονομάζεται διαστρική σκόνη.
Οι σπειροειδείς γαλαξίες συνήθως συμβολίζονται με το γράμμα S. Επιπλέον, συνήθως διαιρούνται ανάλογα με το βαθμό δομής. Για να γίνει αυτό, τα γράμματα a, b ή c προστίθενται στον κύριο χαρακτήρα. Έτσι, ο Σα αντιστοιχεί σε έναν γαλαξία με υπανάπτυκτοσπειροειδής δομή, αλλά με μεγάλο πυρήνα. Η τρίτη κατηγορία - Sc - αναφέρεται σε αντίθετα αντικείμενα, με αδύναμο πυρήνα και ισχυρούς σπειροειδείς κλάδους. Ορισμένα συστήματα αστεριών στο κεντρικό τμήμα μπορεί να έχουν ένα βραχυκυκλωτήρα, το οποίο συνήθως ονομάζεται ράβδος. Σε αυτήν την περίπτωση, στον προσδιορισμό προστίθεται το σύμβολο B. Ο γαλαξίας μας είναι ενδιάμεσου τύπου, χωρίς βραχυκυκλωτήρα.
Πώς δημιουργήθηκαν οι δομές σπειροειδών δίσκων;
Οι επίπεδες μορφές σε σχήμα δίσκου εξηγούνται από την περιστροφή των αστρικών σμηνών. Υπάρχει η υπόθεση ότι κατά τον σχηματισμό ενός γαλαξία, η φυγόκεντρος δύναμη εμποδίζει τη συμπίεση του λεγόμενου πρωτογαλαξιακού νέφους σε διεύθυνση κάθετη στον άξονα περιστροφής. Θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε ότι η φύση της κίνησης των αερίων και των αστεριών μέσα στα νεφελώματα δεν είναι η ίδια: τα διάχυτα σμήνη περιστρέφονται πιο γρήγορα από τα παλιά αστέρια. Για παράδειγμα, εάν η χαρακτηριστική ταχύτητα περιστροφής του αερίου είναι 150-500 km/s, τότε το φωτοστέφανο θα κινείται πάντα πιο αργά. Και οι διογκώσεις που αποτελούνται από τέτοια αντικείμενα θα έχουν ταχύτητα τρεις φορές μικρότερη από τους δίσκους.
Star gas
Δισεκατομμύρια αστρικά συστήματα που κινούνται στις τροχιές τους μέσα σε γαλαξίες μπορούν να θεωρηθούν ως μια συλλογή σωματιδίων που σχηματίζουν ένα είδος αστρικού αερίου. Και αυτό που είναι πιο ενδιαφέρον, οι ιδιότητές του είναι πολύ κοντά στο συνηθισμένο αέριο. Τέτοιες έννοιες όπως "συγκέντρωση σωματιδίων", "πυκνότητα", "πίεση", "θερμοκρασία" μπορούν να εφαρμοστούν σε αυτό. Το ανάλογο της τελευταίας παραμέτρου εδώ είναι η μέση ενέργεια«χαοτική» κίνηση των αστεριών. Σε περιστρεφόμενους δίσκους που σχηματίζονται από αστρικό αέριο, μπορούν να διαδοθούν κύματα σπειροειδούς τύπου πυκνότητας αραίωσης-συμπίεσης κοντά στα ηχητικά κύματα. Είναι σε θέση να τρέχουν γύρω από τον γαλαξία με σταθερή γωνιακή ταχύτητα για αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Είναι υπεύθυνοι για το σχηματισμό σπειροειδών κλαδιών. Τη στιγμή που συμβαίνει συμπίεση αερίου, ξεκινά η διαδικασία σχηματισμού ψυχρών νεφών, που οδηγεί σε ενεργό σχηματισμό άστρων.
Αυτό είναι ενδιαφέρον
Σε άλω και ελλειπτικά συστήματα, το αέριο είναι δυναμικό, δηλαδή καυτό. Κατά συνέπεια, η κίνηση των αστεριών σε έναν γαλαξία αυτού του τύπου είναι χαοτική. Ως αποτέλεσμα, η μέση διαφορά μεταξύ των ταχυτήτων τους για χωρικά κοντινά αντικείμενα είναι αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (διασπορά ταχύτητας). Για τα αστρικά αέρια, η διασπορά της ταχύτητας είναι συνήθως 10-50 km/s, αντίστοιχα, ο «βαθμός» τους είναι αισθητά ψυχρός. Πιστεύεται ότι ο λόγος αυτής της διαφοράς έγκειται σε εκείνους τους μακρινούς χρόνους (περισσότερα από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια πριν), όταν οι γαλαξίες του Σύμπαντος μόλις άρχιζαν να σχηματίζονται. Τα σφαιρικά συστατικά ήταν τα πρώτα που σχηματίστηκαν.
Τα σπειροειδή κύματα ονομάζονται κύματα πυκνότητας που τρέχουν κατά μήκος ενός περιστρεφόμενου δίσκου. Ως αποτέλεσμα, όλα τα αστέρια ενός γαλαξία αυτού του τύπου αναγκάζονται να βγουν στα κλαδιά τους και μετά να βγουν από εκεί. Το μόνο μέρος όπου οι ταχύτητες των σπειροειδών βραχιόνων και των αστεριών συμπίπτουν είναι ο λεγόμενος κύκλος περιστροφής. Παρεμπιπτόντως, εδώ βρίσκεται ο ήλιος. Για τον πλανήτη μας, αυτή η συγκυρία είναι πολύ ευνοϊκή: η Γη βρίσκεται σε ένα σχετικά ήσυχο μέρος στον γαλαξία, με αποτέλεσμα, για πολλά δισεκατομμύρια χρόνια να μην έχει επηρεαστεί ιδιαίτερα από κατακλυσμούς γαλαξιακής κλίμακας.
Χαρακτηριστικά των σπειροειδών γαλαξιών
Σε αντίθεση με τους ελλειπτικούς σχηματισμούς, κάθε σπειροειδής γαλαξίας (παραδείγματα μπορείτε να δείτε στις φωτογραφίες που παρουσιάζονται στο άρθρο) έχει τη δική του μοναδική γεύση. Αν ο πρώτος τύπος συνδέεται με ηρεμία, ακινησία, σταθερότητα, τότε ο δεύτερος τύπος είναι η δυναμική, οι ανεμοστρόβιλοι, οι περιστροφές. Ίσως γι' αυτό οι αστρονόμοι λένε ότι ο κόσμος (το σύμπαν) είναι "έξαλλος". Η δομή ενός σπειροειδούς γαλαξία περιλαμβάνει έναν κεντρικό πυρήνα, από τον οποίο αναδύονται όμορφα μπράτσα (κλαδιά). Σταδιακά χάνουν το περίγραμμά τους έξω από το αστρικό σμήνος τους. Μια τέτοια εμφάνιση δεν μπορεί παρά να συνδεθεί με μια ισχυρή, γρήγορη κίνηση. Οι σπειροειδείς γαλαξίες χαρακτηρίζονται από μια ποικιλία σχημάτων καθώς και από σχέδια των κλαδιών τους.
Πώς ταξινομούνται οι γαλαξίες
Παρά αυτή την ποικιλομορφία, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ταξινομήσουν όλους τους γνωστούς σπειροειδείς γαλαξίες. Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε τον βαθμό ανάπτυξης των βραχιόνων και το μέγεθος του πυρήνα τους ως κύρια παράμετρο και το επίπεδο συμπίεσης να ξεθωριάσει στο παρασκήνιο ως περιττό.
Sa
Ο Edwin P. Hubble ανέθεσε στην τάξη Sa εκείνους τους σπειροειδείς γαλαξίες που έχουν υποανάπτυκτους κλάδους. Τέτοια συμπλέγματα έχουν πάντα μεγάλους πυρήνες. Συχνά το κέντρο ενός γαλαξία μιας δεδομένης κατηγορίαςείναι το μισό μέγεθος ολόκληρου του συμπλέγματος. Αυτά τα αντικείμενα χαρακτηρίζονται από τη μικρότερη εκφραστικότητα. Μπορούν ακόμη και να συγκριθούν με ελλειπτικά αστρικά σμήνη. Τις περισσότερες φορές, οι σπειροειδείς γαλαξίες του Σύμπαντος έχουν δύο βραχίονες. Βρίσκονται σε απέναντι άκρα του πυρήνα. Τα κλαδιά ξετυλίγονται με συμμετρικό, παρόμοιο τρόπο. Με την απόσταση από το κέντρο, η φωτεινότητα των κλαδιών μειώνεται και σε μια ορισμένη απόσταση παύουν να είναι καθόλου ορατά, χάνοντας στις περιφερειακές περιοχές του συμπλέγματος. Ωστόσο, υπάρχουν αντικείμενα που δεν έχουν δύο, αλλά περισσότερα μανίκια. Είναι αλήθεια ότι μια τέτοια δομή του γαλαξία είναι αρκετά σπάνια. Ακόμη πιο σπάνια είναι τα ασύμμετρα νεφελώματα, όταν ο ένας κλάδος είναι πιο ανεπτυγμένος από τον άλλο.
Sb and Sc
Η υποκατηγορία Edwin P. Hubble Sb έχει αισθητά πιο ανεπτυγμένους βραχίονες, αλλά δεν έχουν πλούσιες διακλαδώσεις. Οι πυρήνες είναι αισθητά μικρότεροι από εκείνους του πρώτου είδους. Η τρίτη υποκατηγορία (Sc) των σπειροειδών αστρικών σμηνών περιλαμβάνει αντικείμενα με πολύ ανεπτυγμένους κλάδους, αλλά το κέντρο τους είναι σχετικά μικρό.
Είναι δυνατή η αναγέννηση;
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η σπειροειδής δομή είναι το αποτέλεσμα της ασταθούς κίνησης των άστρων, που προκύπτει από ισχυρή συμπίεση. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι, κατά κανόνα, οι θερμοί γίγαντες συγκεντρώνονται στους βραχίονες και οι κύριες μάζες διάχυτης ύλης - διαστρική σκόνη και διαστρικό αέριο - συσσωρεύονται εκεί. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξεταστεί και από άλλη οπτική γωνία. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ένα πολύ συμπιεσμένο αστρικό σμήνος στην πορεία της εξέλιξής τουδεν μπορεί πλέον να χάσει τον βαθμό συμπίεσής του. Ως εκ τούτου, η αντίθετη μετάβαση είναι επίσης αδύνατη. Ως αποτέλεσμα, συμπεραίνουμε ότι οι ελλειπτικοί γαλαξίες δεν μπορούν να μετατραπούν σε σπειροειδείς γαλαξίες και το αντίστροφο, γιατί έτσι είναι διατεταγμένος ο Κόσμος (το Σύμπαν). Με άλλα λόγια, αυτοί οι δύο τύποι αστρικών σμηνών δεν είναι δύο διαφορετικά στάδια μιας ενιαίας εξελικτικής ανάπτυξης, αλλά εντελώς διαφορετικά συστήματα. Κάθε τέτοιος τύπος είναι ένα παράδειγμα αντίθετων εξελικτικών μονοπατιών λόγω διαφορετικής αναλογίας συμπίεσης. Και αυτό το χαρακτηριστικό, με τη σειρά του, εξαρτάται από τη διαφορά στην περιστροφή των γαλαξιών. Για παράδειγμα, εάν ένα αστρικό σύστημα λάβει αρκετή περιστροφή κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, μπορεί να συστέλλεται και να αναπτύξει σπειροειδείς βραχίονες. Εάν ο βαθμός περιστροφής είναι ανεπαρκής, τότε ο γαλαξίας θα είναι λιγότερο συμπιεσμένος και τα κλαδιά του δεν θα σχηματιστούν - θα είναι ένα κλασικό ελλειπτικό σχήμα.
Ποιες άλλες είναι οι διαφορές
Υπάρχουν άλλες διαφορές μεταξύ ελλειπτικών και σπειροειδών αστρικών συστημάτων. Έτσι, ο πρώτος τύπος γαλαξία, ο οποίος έχει χαμηλό επίπεδο συμπίεσης, χαρακτηρίζεται από μικρή ποσότητα (ή πλήρη απουσία) διάχυτης ύλης. Ταυτόχρονα, τα σπειροειδή συμπλέγματα με υψηλό επίπεδο συμπίεσης περιέχουν σωματίδια αερίου και σκόνης. Οι επιστήμονες εξηγούν αυτή τη διαφορά με τον ακόλουθο τρόπο. Τα σωματίδια σκόνης και τα σωματίδια αερίου συγκρούονται περιοδικά κατά τη διάρκεια της κίνησής τους. Αυτή η διαδικασία είναι ανελαστική. Μετά τη σύγκρουση, τα σωματίδια χάνουν μέρος της ενέργειάς τους, και ως αποτέλεσμα, σταδιακά εγκαθίστανται σε αυτάμέρη στο αστρικό σύστημα όπου υπάρχει η ελάχιστη δυναμική ενέργεια.
Συστήματα υψηλής συμπίεσης
Εάν η διαδικασία που περιγράφεται παραπάνω λαμβάνει χώρα σε ένα σύστημα αστεριών υψηλής συμπίεσης, τότε η διάχυτη ύλη θα πρέπει να εγκατασταθεί στο κύριο επίπεδο του γαλαξία, επειδή εδώ το επίπεδο δυναμικής ενέργειας είναι το χαμηλότερο. Εδώ συλλέγονται τα σωματίδια αερίου και σκόνης. Επιπλέον, η διάχυτη ύλη αρχίζει την κίνησή της στο κύριο επίπεδο του αστρικού σμήνους. Τα σωματίδια κινούνται σχεδόν παράλληλα σε κυκλικές τροχιές. Ως αποτέλεσμα, οι συγκρούσεις εδώ είναι αρκετά σπάνιες. Εάν συμβούν, τότε οι απώλειες ενέργειας είναι αμελητέες. Από αυτό προκύπτει ότι η ύλη δεν μετακινείται περισσότερο προς το κέντρο του γαλαξία, όπου η δυναμική ενέργεια έχει ακόμη χαμηλότερο επίπεδο.
Ασθενώς συμπιεσμένα συστήματα
Σκεφτείτε τώρα πώς συμπεριφέρεται ένας ελλειψοειδής γαλαξίας. Ένα αστρικό σύστημα αυτού του τύπου διακρίνεται από μια εντελώς διαφορετική εξέλιξη αυτής της διαδικασίας. Εδώ, το κύριο επίπεδο δεν είναι καθόλου έντονη περιοχή με χαμηλό επίπεδο δυναμικής ενέργειας. Μια ισχυρή μείωση αυτής της παραμέτρου εμφανίζεται μόνο στην κεντρική κατεύθυνση του αστρικού σμήνους. Και αυτό σημαίνει ότι η διαστρική σκόνη και το αέριο θα έλκονται στο κέντρο του γαλαξία. Κατά συνέπεια, η πυκνότητα της διάχυτης ύλης εδώ θα είναι πολύ υψηλή, πολύ μεγαλύτερη από ό,τι με την επίπεδη σκέδαση σε ένα σπειροειδές σύστημα. Τα σωματίδια σκόνης και αερίου που συγκεντρώνονται στο κέντρο της συσσώρευσης υπό τη δράση της δύναμης έλξης θα αρχίσουν να συρρικνώνονται, σχηματίζοντας έτσι μια μικρή ζώνη πυκνής ύλης. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι από αυτό το θέμα στο μέλλοννέα αστέρια αρχίζουν να σχηματίζονται. Κάτι άλλο είναι σημαντικό εδώ - ένα μικρό σύννεφο αερίου και σκόνης, που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ασθενώς συμπιεσμένου γαλαξία, δεν επιτρέπει τον εντοπισμό του κατά την παρατήρηση.
Ενδιάμεσα στάδια
Έχουμε εξετάσει δύο κύριους τύπους αστρικών σμηνών - με ασθενές και με ισχυρό επίπεδο συμπίεσης. Ωστόσο, υπάρχουν και ενδιάμεσα στάδια όταν η συμπίεση του συστήματος είναι μεταξύ αυτών των παραμέτρων. Σε τέτοιους γαλαξίες, αυτό το χαρακτηριστικό δεν είναι αρκετά ισχυρό ώστε η διάχυτη ύλη να συσσωρεύεται κατά μήκος ολόκληρου του κύριου επιπέδου του σμήνος. Και ταυτόχρονα, δεν είναι αρκετά αδύναμο για να συγκεντρωθούν σωματίδια αερίου και σκόνης στην περιοχή του πυρήνα. Σε τέτοιους γαλαξίες, η διάχυτη ύλη συγκεντρώνεται σε ένα μικρό επίπεδο που συγκεντρώνεται γύρω από τον πυρήνα του αστρικού σμήνου.
Φραγμένοι γαλαξίες
Ένας άλλος υποτύπος σπειροειδών γαλαξιών είναι γνωστός - αυτό είναι ένα αστρικό σμήνος με μια ράβδο. Το χαρακτηριστικό του είναι το εξής. Εάν σε ένα συμβατικό σπειροειδές σύστημα οι βραχίονες βγαίνουν απευθείας από τον πυρήνα σε σχήμα δίσκου, τότε σε αυτόν τον τύπο το κέντρο βρίσκεται στη μέση της ευθείας γέφυρας. Και οι κλάδοι ενός τέτοιου συμπλέγματος ξεκινούν από τα άκρα αυτού του τμήματος. Ονομάζονται επίσης γαλαξίες διασταυρωμένων σπειρών. Παρεμπιπτόντως, η φυσική φύση αυτού του βραχυκυκλωτήρα είναι ακόμα άγνωστη.
Επιπλέον, οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν άλλο τύπο αστρικών σμηνών. Χαρακτηρίζονται από έναν πυρήνα, όπως οι σπειροειδείς γαλαξίες, αλλά δεν έχουν βραχίονες. Η παρουσία πυρήνα υποδηλώνει ισχυρή συμπίεση, αλλάόλες οι άλλες παράμετροι μοιάζουν με ελλειψοειδή συστήματα. Τέτοιες συστάδες ονομάζονται φακοειδείς. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτά τα νεφελώματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της απώλειας διάχυτης ύλης από έναν σπειροειδή γαλαξία.
