144
Глава 4.
Существует три основных вида галактик: эллиптические, спиральные и неправильные. Во многих случаях очень удобным оказывается их несколько более подробное Хаббловское деление на подвиды. Хаббловское деление (или камертон Хаббла), охватывающее все галактики, основывается на их визуально воспринимаемом строении. Вследствие этого оно может не учитывать очень важные характеристики галактик — такие, например, как темп звёздообразования.
Наша галактика Млечный Путь, называемая также просто Галактикой (с большой буквы), является большой дискообразной спиральной галактикой с перемычкой, диаметром около 30 килопарсек (или 100 000 световых лет) и толщиной в 3000 световых лет. Она содержит около 3*10п звёзд, а её общая масса составляет около бхЮ11 масс Солнца.
Рукава спиральных галактик своим видом похожи на логарифмическую спираль — форму волн плотности галактического газа, отмеченную областями звёздообразования: именно молодые яркие звёзды ранних спектральных классов дают видимую картину спиральных рукавов.
Отдельные звезды, звездные скопления и газовые облака непрерывно движутся в галактике, причем каждый объект описывает сложную незамкнутую траекторию вокруг центра масс галактики. Но непосредственно измерить перемещение звезд или облаков газа невозможно. Определение скорости движения различных объектов основано на эффекте Доплера, и производится по измерениям сдвига линий в их спектрах. Для звезд - это линии поглощения, для облаков ионизованного газа - линии излучения в оптическом спектре. Для облаков холодного газа, не излучающего света, используются радиолинии излучения водорода (длина волны 21 см) или молекулярных соединений, прежде всего - молекулы СО; большинство этих радиолиний лежит в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Разумеется, измерения дают лишь величину проекции скорости на луч зрения, а восстановление полного вектора скорости требует определенных предположений о характере движения объектов.
Структуры галактик и их преобразования
145
Оценка скоростей газа и звезд в галактиках имеет одну особенность: объекты, скорости которых определяются, обычно не видны по отдельности, так что измерения дают некоторые средние значения скоростей в данном месте галактики. При этом каждая звезда или облако газа может иметь скорость, заметно отличающуюся от средней. Поэтому часто говорят не о скорости отдельных объектов, а о скорости газа или звезд данного типа в определенной области галактики.
Скорости движения газа и звезд составляют от нескольких десятков километров в секунду в карликовых галактиках до 200300 км/с (в редких случаях - до 400 км/с) в гигантских спиральных галактиках.
Все галактики вращаются, но не как твердые тела: орбитальный период объектов возрастает с увеличением расстояния до центра вращения (центра масс) галактики. При этом совокупность звезд и межзвездный газ могут иметь различные скорости вращения даже на одинаковом расстоянии от центра. Характер вращения галактик различных типов также не одинаков.
Как и звёзды, спиральные рукава вращаются вокруг центра масс, но с постоянной (не зависящей от расстояния до центра галактики) угловой скоростью, что означает, что время от времени звёзды проходят сквозь спиральные рукава. Считается, что спиральные рукава являются областями повышенной плотности, или волнами плотности. Когда звёзды проходят сквозь рукав галактики, они замедляются, несколько увеличивая среднюю плотность рукава. Подобные «волны», состоящие из медленно едущих машин, можно увидеть на переполненных дорогах. В результате возникающей неоднородности гравитационного потенциала (~ 10—20 %) «догоняющий» межзвёздный газ разгоняется до сверхзвуковых скоростей и тормозится о «набегающий», образуя ударную волну со значительно повышенной, по сравнению со средней, плотностью. Рукава заметны потому, что повышенная плотность способствует формированию звёзд, из-за чего спиральные рукава населены молодыми голубыми звёздами.
