Другие галактики

Галактика М51 в созвездии Гончих Псов

С тех времён, как Уильям Гершель открыл строение Галактики, среди учёных долгое время было принято считать, что наша Галактика – единственная во Вселенной (подобно тому, как, например, Коперник не верил в существование других планетных систем и считал, что существует «сфера неподвижных звёзд»).

Спутники нашей Галактики. Две галактики, являющиеся спутниками Млечного Пути, Большое и Малое Магеллановы облака — это две малые, нерегулярные галактики, находящиеся в близком соседстве с Млечным Путем. Они видны как туманные пятнышки в ночном небе южного полушария Землиоблака, были открыты в XVI в. португальскими мореплавателями во время плавания к берегам Южной Африки. Впоследствии они были названы в честь Фердинанда Магеллана (1480—1521), руководителя первого кругосветного путешествия (1519—1522). Магеллановы облака видны в южном полушарии. Большое облако находится от нас на расстоянии 165 000, а Малое - 200 000 световых лет.

В Большом облаке есть центральная полоса звезд, но нет спиральной структуры. Это галактика среднего размера—в ней около 20 миллиардов звезд. Она в 10 раз ближе к нам, чем ближайшая большая галактика. Поскольку в Большом облаке можно разглядеть отдельные звезды, астрономы часто наблюдают эту галактику, стараясь изучить жизненный путь обычных звезд.

В Большом облаке расположена гигантская излучающая туманность — Тарантул. Это гигантское облако сверхгигантских звезд и газа. Здесь находится большая «фабрика звезд». В 1987 г. именно в этом районе произошел знаменитый взрыв сверхновой.

Долгое время считалось, что ближайшая к нам галактика - Большое Магелланово Облако. Сегодня известно, что это не так. В 1994 году космические расстояния были измерены более точно, и первенство получила карликовая галактика в созвездии Стрельца. Однако совсем недавно и это утверждение пришлось пересмотреть. В созвездии Большого Пса обнаружился еще более близкий сосед нашей Галактики. От него до центра Млечного Пути всего 42 тысячи световых лет.

Всего известно 25 галактик - Местная система, то есть сообщество галактик, непосредственно связанных друг с другом гравитационными силами. Поперечник Местной системы - примерно три миллиона световых лет. В Местную систему помимо нашего Млечного Пути и его спутников входит и туманность Андромеды, ближайшая к нам гигантская галактика с ее спутниками, а также еще одна спиральная галактика созвездия Треугольника. Доминирует в Местной системе туманность Андромеды. Она в полтора раза массивнее Млечного Пути.

Ближайшие к нам галактики. Вид "сверху"

Ближайшие к нам галактики. Вид "сбоку"

Исследования Гершеля. Еще одним исследователем Млечного Пути стал в XVIII веке Вильям Гершель. Будучи музыкантом и композитором, он занимался наукой о звездах и изготовлением телескопов. Последний из них был весом в тонну, имел диаметр зеркала 147 сантиметров и длину трубы целых 12 метров. Однако большинство своих открытий, которые стали закономерной наградой за усердие, Гершель сделал при помощи телескопа, вдвое меньшего этого гиганта.

Одно из самых важных открытий, как его называл сам Гершель, был Великий План Вселенной. Метод, который он применил, оказался простым подсчетом звезд в поле зрения телескопа. И естественно, в разных частях неба обнаружилось разное количество звезд. (Участков неба, где проводился подсчет звезд, получилось более тысячи.) На основе этих наблюдений Гершель сделал вывод о форме Млечного Пути уже как о звездном острове во Вселенной, которому принадлежит и Солнце. Он даже нарисовал схематический рисунок, из которого видно, что наша звездная система имеет неправильную вытянутую форму и напоминает гигантский жернов. Ну а поскольку этот жернов окружает наш мир кольцом, то, следовательно, Солнце находится внутри него и расположено где-то вблизи центральной части. И менно так нарисовал Гершель, и это представление дожило в умах ученых почти до середины прошлого века.

На основании выводов Гершеля и его последователей получалось, что Солнце имеет в Галактике, называемой Млечным Путем, особое центральное положение. Такая структура была чем-то похожа на геоцентрическую систему мира, принятую до эпохи Коперника, с той лишь разницей, что раньше центром Вселенной считалась Земля, а теперь Солнце.

Однако в ХХ веке оказалось, что наша Галактика лишь одна из множества других.

Туманность Андромеды. И все же, оставалось непонятным, есть ли за пределами звездного острова, иначе - нашей Галактики, другие звезды? Телескопы Гершеля позволили приблизиться к разгадке и этой тайны. Ученый обнаружил на небе множество слабых туманных светящихся пятен и исследовал наиболее яркие из них. Увидев, что некоторые из пятен распадаются на звезды, Гершель сделал смелый вывод, что это не что иное, как другие звездные острова, подобные нашему Млечному Пути, только очень далекие. Именно тогда он предложил во избежание путаницы писать название нашего Мира с прописной буквы, а остальных - со строчной. Так же произошло и со словом Галактика. Когда мы пишем его с прописной буквы, то имеем в виду наш Млечный Путь, когда со строчной - все прочие галактики. Сегодня термином Млечный Путь астрономы называют и «молочную реку», видимую на ночном небе, и всю нашу Галактику, состоящую из сотен миллиардов звезд. Таким образом, этот термин употребляется в двух смыслах: в одном - при разговоре о звездах на Земном небе, в другом - при обсуждении устройства Вселенной. В понимании строения «собственной» Галактики большую роль сыграли исследования тyманности Андромеды.

Туманность Андромеды

Туманные пятна на небосводе были известны давно, но их считали либо клочками, оторвавшимися от Млечного Пути, либо сливающимися в сплошную массу далекими звездами. Но одно из таких пятен, известное как туманность Андромеды, было самым ярким и привлекало к себе наибольшее внимание. Его сравнивали и со светящимся облаком, и с пламенем свечи, а один астроном даже считал, что в этом месте хрустальный купол небес тоньше, чем в других, и на 3емлю сквозь него льется свет Царства Божьего.

Туманность Андромеды действительно захватывающее зрелище. Если бы наши глаза были более чувствительны к свету, она предстала бы нам не маленьким вытянутым туманным пятнышком, где-то в четверть лунного диска (это ее центральная часть), а образованием, в семь раз превышающим полную Луну. Но и это еще не все. Современные телескопы видят туманность Андромеды такой, что на ее площади умещается до 70 полных лун.

Понять структуру тyманности Андромеды удалось лишь в 20-х годах прошлого века. Это сделал с помощью телескопа с поперечником зеркала 2,5 м американский астрофизик Эдвин Хаббл. Он получил снимки, на которых красовался, теперь уже сомнений не было, гигантский звездный остров, состоящий из миллиардов звезд, - другая галактика. А наблюдение отдельных звезд туманности Андромеды позволили решить еще одну задачу - вычислить расстояние до нее. Дело в том, что во Вселенной существуют так называемые цефеиды - переменные звезды, пульсирующие благодаря внутренним физическим процессам, изменяющим их блеск. Эти изменения происходят с определенным периодом: чем период больше, тем выше светимость цефеиды - энергия, выделяемая звездой в единицу времени. А по ней можно определить и расстояние до звезды. Так, например, цефеиды, выявленные в тyманности Андромеды, позволили определить расстояние до нее. Оно оказалось огромным - 2 миллиона световых лет. Впрочем, это только одна из ближайших к нам галактик, которых, как оказалось, во Вселенной великое множество.

Чем мощнее становились телескопы, тем яснее очерчивались варианты строения наблюдаемых астрономами галактик, которые оказались очень необычными. Среди них есть так называемые неправильные, не имеющие симметричной структуры, есть эллиптические, а есть - спиральные (см. первый раздел). Вот они-то и кажутся наиболее интересными и загадочными. Представьте себе ярко сияющую сердцевину, из которой выходят исполинские светящиеся спиральные ветви. Есть галактики, у которых ярче выражена именно сердцевина, а у других доминируют ветви. Существуют и галактики, где ветви выходят не из сердцевины, а из особой перемычки - бара.

Так к какому же типу отнести наш Млечный Путь? Ведь, находясь внутри Галактики, понять ее строение намного труднее, нежели наблюдая со стороны. Ответить на этот вопрос помогла сама природа: галактики по отношению к нам «разбросаны» в самых разных положениях. Одни мы можем видеть с ребра, другие «плашмя», третьи - в различных ракурсах.

Галактики в каталоге Мессье. 40 наиболее ярких галактик описаны в Каталоге Мессье. Это список из 110 астрономических объектов, составленный французским астрономом Шарлем Мессье и впервые изданный в 1774 году. Мессье был охотником за кометами и поставил цель составить каталог неподвижных туманностей и звёздных скоплений, которые можно было спутать с кометами. Таким образом, в каталог попали разнородные астрономические объекты: галактики, шаровые скопления, эмиссионные туманности, рассеянные скопления, планетарные туманности. Истинная природа этих объектов во времена Мессье ещё не была известна. Мессье в своём каталоге описывал их просто как туманности (со звёздами или без них) или скопления звёзд. Объекты в нём обозначаются большой буквой М со следующим после неё порядковым номером. Например, туманность Андромеды в каталоге значится как М31.

Первое издание включало объекты M 1 — M 45. В окончательном виде каталог был создан в 1781 году и опубликован в 1784 году. Каталог содержал 102 объекта; позже он дополнялся Гершелем некоторыми объектами, которые наблюдались Мессье, но по тем или иным причинам не попали в последнее издание каталога. Для многих из этих объектов присвоенный Мессье номер до сих пор остаётся основным названием.

Шарль Мессье

Поскольку Мессье жил во Франции, которая находится в Северном полушарии, в каталог включены только объекты севернее 35° южной широты. Такие крупные образования, как Магеллановы облака, остались за рамками списка.

Хотя ещё при жизни Мессье начали составляться более полные каталоги туманных объектов — в частности, на основе наблюдений Уильяма Гершеля был создан Новый общий каталог, содержавший 7840 объектов, — труд Мессье не забыт и в настоящее время, так как объекты из его каталога доступны для наблюдения с использованием биноклей и любительских телескопов. Именно с объектов Мессье многие астрономы-любители начинают знакомство с объектами глубокого космоса.

Если исходить из современной астрономической классификации, каталог Мессье содержит:

•6 галактических туманностей

•28 рассеянных звёздных скоплений

•4 планетарные туманности

•29 шаровых скоплений

•40 галактик

•3 иных объекта.

69 объектов Мессье принадлежат нашей Галактике: самым близким из них являются Плеяды (430 световых лет), самым отдалённым — шаровое скопление M 75 (78 000 световых лет). 41 объект имеет внегалактическую природу: из этих объектов 40 являются галактиками, а один представляет собой шаровое скопление (M 54). Самым отдалённым из этих объектов является галактика M 109, удалённая от нас на 67,5 миллионов световых лет.

Каталог Мессье включает в себя как галактики, относящиеся к так называемой местной группе (например, галактику Андромеды и галактику Треугольника), так и более отдалённые скопления галактик. Так, в каталоге Мессье присутствуют 15 из около 2000 галактик, относящихся к скоплению Девы. Ближайшей из включённых в каталог галактик является галактика Андромеды, наиболее отдалённой — галактика M 109, находящаяся от нас на расстоянии 67,5 миллионов световых лет.

Всего каталог Мессье включает 40 галактик:

Номер	Номер NGC	m	Угловой размер	Расстояние (млн, св, лет)	Диаметр (св, лет)	Масса (млрд масс Солнца)
M 31	NGC 224	3,4	3,5°×1°	2,57	157 000	300-400
M 32	NGC 221	8,1	9'×7'	2,57	6500	3
M 33	NGC 598	5,7	71'×42'	2,74	60 000	10-40
M 49	NGC 4472	8,4	10'×8'	53,1	157 000	200
M 51	NGC 5194 + NGC 5195	8,4	15'×7'	26,8	87 000
M 58	NGC 4579	9,6	6'×5'	62,5	107 000	300
M 59	NGC 4621	9,6	5'×4'	48,3	76 000
M 60	NGC 4649	8,8	7'×6'	53,2	115 000
M 61	NGC 4303	9,6	7'×6'	49,6	94 000	70
M 63	NGC 5055	8,6	13'×7'	26,7	98 000	140
M 64	NGC 4826	8,5	11'×5'	18,3	56 000
M 65	NGC 3623	9,3	10'×3'	32,8	94 000
M 66	NGC 3627	9,0	9'×4'	32,8	87 000
M 74	NGC 628	8,5	11'×10'	25,1	77 000	300
M 77	NGC 1068	8,9	7'×6'	46,9	100 000	1000
M 81	NGC 3031	6,8	27'×14'	11,8	92 000	50
M 82	NGC 3034	8,4	11'×4'	11,4	37 000	50
M 83	NGC 5236	7,5	13'×12'	14,7	55 000
M 84	NGC 4374	9,1	7'×6'	57,8	110 000
M 85	NGC 4382	9,1	7'×6'	47,8	99 000	400
M 86	NGC 4406	8,9	9'×6'	56,7	147 000
M 87	NGC 4486	8,6	8'×7'	54,9	132 000	2700
M 88	NGC 4501	9,6	7'×4'	57,2	115 000	250
M 89	NGC 4552	9,7	5'×5'	49,9	74 000
M 90	NGC 4569	9,5	10'×4'	30,7	85 000
M 91	NGC 4548	10,1	5'×4'	52,9	83 000
M 94	NGC 4736	8,2	11'×9'	17,3	50 000	60
M 95	NGC 3351	9,7	7'×5'	32,6	70 000	50
M 96	NGC 3368	9,2	8'×5'	34,3	76 000	80
M 98	NGC 4192	10,1	10'×3'	44,2	126 000	200
M 99	NGC 4254	9,9	5'×5'	52,7	83 000	100
M 100	NGC 4321	9,3	7'×6'	49,6	107 000	200
M 101	NGC 5457	7,7	29'×27'	21,8	184 000
M 102	NGC 5866	9,9	7'×3'	40,8	71 000
M 104	NGC 4594	8,0	9'×4'	44,7	105 000	300
M 105	NGC 3379	9,3	5'×5'	37,9	55 000	100
M 106	NGC 4258	8,3	19'×7'	25,7	135 000
M 108	NGC 3556	10,0	9'×2'	46,0	100 000
M 109	NGC 3992	9,8	8'×5'	67,5	137 000	250
M 110	NGC 205	8,0	22'×11'	2,57	16 000	10

Галактики М81 и М82

Галактика М101

Упомянутые во второй строке обозначения, начинающиеся с аббревиатуры NGC – это номера астрономических объектов в Новом общем каталоге. (NGC - аббревиатура от английской фразы New General Catalogue). Этот каталог был составлен в 1880-х годах Джоном Людвигом Эмилем Дрейером в основном по данным наблюдений Уильяма Гершеля, а затем последовательно расширен двумя Индекс-каталогами (IC I & IC II), добавившими ещё 5326 объектов. Объекты небосвода Южного полушария каталогизированы в меньшей степени, но многие наблюдались Джоном Гершелем.

Однако окончательные выводы о природе объектов, внесённых в эти каталоги, сделал американский астроном Эдвин Хаббл.

Вклад Хаббла в галактическую астрономию. Эдвин Пауэлл Хаббл родился 20 ноября 1889 в г. Маршфилд (штат Миссури). В 1914—1917 годах работал в Йеркской обсерватории, с 1919 года — в обсерватории Маунт-Вилсон. Член Национальной академии наук в Вашингтоне с 1927 года.

Основательно изменил понимание Вселенной, подтвердив существование других галактик, а не только нашей (Млечный Путь). Также рассматривал идею о том, что величина эффекта Доплера (в данном случае называемом «Красное смещение»), наблюдаемого в световом спектре удалённых галактик, возрастает пропорционально расстоянию до той или иной галактики от Земли. Эта пропорциональная зависимость стала известна как Закон Хаббла (на два года ранее это же открытие сделал бельгийский учёный Жорж Леметр).

Эдвин Хаббл у телескопа

Прибытие Эдвина Хаббла в Маунт-Вилсон, штат Калифорния, в 1919 году примерно совпало с завершением работ по созданию 100-дюймового (?2.5 метрового) телескопа Хукера, на ту пору самого крупного телескопа в мире. В те времена превалирующим научным видением Вселенной было её представление как целиком и полностью состоящей только из единственной галактики Млечного Пути. Используя телескоп Хукера в Маунт-Вилсон, Эдвин Хаббл идентифицировал цефеиды (класс пульсирующих переменных звёзд) в нескольких спиральных туманностях, включая Туманность Андромеды и Треугольник. Его наблюдения, сделанные в 1922—1923 годах, убедительно подтвердили, что эти туманности были слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути, и являлись в действительности отдельными галактиками за пределами нашей собственной. Эта идея была оспорена очень многими учёными в астрономических кругах того времени, в частности, Харлоу Шепли. Но вопреки оппозиции, Эдвин Хаббл, на ту пору 35-летний учёный, представил свои открытия в печатном виде на собрании Американского астрономического сообщества 1 января 1925 года. Эти открытия фундаментальным образом изменили научное видение Вселенной.

Эдвин Хаббл также продумал наиболее используемую ныне Морфологическую систему классификации галактик, сгруппировав их в соответствии с их изображениями на фотоснимках. Он расположил разные группы галактик в последовательность, которая теперь известна как Последовательность Хаббла:

Согласно данной классификации, галактики делятся на следующие виды:

•E0—E7 — эллиптические галактики, имеют относительно равномерное распределение звёзд без явного ядра. Цифра показывает эксцентриситет: галактики E0 практически шарообразны, с увеличением номера развивается уплощение. Число показывает форму проекции на плоскость наблюдения, а не реальную форму галактики, которую может быть трудно установить.

•S0 — линзообразные галактики дискообразной формы с явно выраженным центральным балджем (выпуклостью), но без наблюдаемых рукавов.

•Sa, Sb, Sc, Sd — спиральные галактики, состоящие из балджа и внешнего диска, содержащего рукава. Буква показывает, насколько плотно расположены рукава.

•SBa, SBb, SBc, SBd — спиральные галактики с перемычкой, в которых центральный балдж пересекает яркий бар (перемычка), от которого отходят рукава.

•Irr — неправильные галактики, которые не могут быть отнесены ни к одному из перечисленных классов. Галактики типа IrrI содержат остатки спиральной структуры, а IrrII имеют совершенно неправильную форму.

Из всех исследованных на настоящее время галактик 77% являются спиральными, 20% - эллиптическими, и 3% - неправильными.

Сам Хаббл считал эту последовательность эволюционной. По его мнению эволюция происходила от эллиптических к спиральным галактикам. С тех пор эллиптические галактики называют ранним классом, а спиральные — поздним.

Иногда схему, изображённую на рисунке, называют «камертоном Хаббла».

Хаббл также открыл взаимосвязь между расстоянием до галактик и скоростью их движения (определяемой по красному смещению в их спектрах согласно эффекту Допплера). Комбинируя свои собственные измерения расстояний до галактик, основанные на соотношении «период-светимость» для цефеид, с измерениями Красного смещения для галактик Эдвин Хаббл обнаружил прямую зависимость (пропорциональность) величин Красного смещения объектов и расстояний до них. Хотя и был значительный разброс значений (ныне известный по причине пекулярной скорости), Эдвин Хаббл всё же смог определить основную тенденцию 46 галактик и получить значение Постоянной Хаббла, равной 500 км/c/Мпк (сегодня это значение сильно скорректировано). Это было первым наглядным подтверждением теории Большого Взрыва.

Вопросы и задания:

1. Какие галактики являются ближайшими к нам?

2. Каковы расстояния до других галактик?

3. В чём состоит вклад Уильяма Гершеля, Шарля Мессье и Эдвина Хаббла в открытие других галактик?

4. В каких каталогах перечислены галактики? Почему, кроме галактик, в них упоминаются и другие объекты?

5. Что означают названия М31, М87, NGC 5194?

6. Какие типы галактик вы знаете? К какому из типов относятся наша Галактика, туманность Андромеды, Магеллановы облака?