1. Открытие других галактик в начале XX века стало важным моментом в развитии астрономии. Ученые доказали, что некоторые туманные пятна, наблюдаемые в различных участках небес, на самом деле представляют собой отдельные галактики, аналогичные нашей, состоящие из множества звезд. Важно отметить, что огромные расстояния между этими галактиками и Солнечной системой практически лишают нас возможности наблюдать их невооруженным глазом.
Тем не менее, благодаря телескопам, перед человечеством открываются глубины Вселенной. Современные крупные телескопы позволяют исследовать области Вселенной, где располагаются миллиарды галактик. Внегалактическая астрономия занимается изучением этих миров, подобно тому, как физика элементарных частиц занимается изучением невидимого микромира. Она исследует разнообразные космические объекты, находящиеся в огромных расстояниях от нас и не видимые невооруженным глазом. Эти исследования постоянно расширяют наши знания о Вселенной.
2. Определение размеров, расстояний и масс галактик представляет собой важный этап в астрономических исследованиях. Один из методов для определения расстояния до галактик основан на измерении видимых и абсолютных звездных величин объектов, таких как цефеиды, новые звезды и сверхновые в других галактиках. С использованием соответствующих формул (например, формула (41)), можно вычислить расстояния до галактик, в которых эти объекты обнаружены.
Если обозначить расстояние до галактики как r, линейный диаметр как D, а угловой диаметр как d˝, то можно вывести следующую формулу для определения диаметра галактики:
где D и r выражены в парсеках, а d˝ — в секундах дуги.
Например, линейный диаметр Туманности Андромеды составляет не менее 40 тысяч парсеков, что превышает размеры нашей Галактики.
Кроме того, из смещения спектральных линий, наблюдаемого в разных частях галактики, можно сделать вывод о ее вращении. Если область галактики, находящаяся на расстоянии R от ее центра, имеет линейную скорость вращения v, то центростремительное ускорение этой области равно v²/R. Приравнивая его к гравитационному ускорению, полученному из закона всемирного тяготения G*M/R², где M — масса ядра галактики, можно получить выражение для массы ядра галактики:
Масса всей галактики на порядок или два больше массы ее ядра. Например, масса ядра галактики в созвездии Андромеды составляет примерно 10⁴⁰ килограмм (примерно 10 миллиардов масс Солнца), а масса всей галактики примерно на два порядка больше (такова же примерно и масса нашей Галактики).
3. Многообразие галактик. Мир галактик действительно впечатляет своим разнообразием. Галактики отличаются по размерам, числу звезд, светимости и внешнему виду. Каждая галактика имеет уникальный номер в каталогах астрономических объектов, таких как каталог Мессье (например, М 31, М 82) или NGC (например, NGC 224, NGC 3034).
С точки зрения внешнего вида, галактики условно подразделяются на три основных типа: эллиптические, спиральные и неправильные.
- Эллиптические галактики имеют пространственную форму эллипсоида с разной степенью сжатия. В эту категорию входят как гигантские, так и карликовые галактики. Эллиптические галактики составляют почти четверть всех изученных галактик. Они имеют равномерное распределение звезд относительно центра и обычно имеют мало пыли и газа. Самые яркие звезды в эллиптических галактиках — красные гиганты.
- Спиральные галактики — самый многочисленный тип галактик. Примерами являются наша Млечный Путь и галактика Андромеды (М 31 или NGC 224). Спиральные галактики имеют массу примерно от (10^9) до (10^{12}) масс Солнца. Наиболее близкая к нам галактика, М 31, кроме своей красоты, также представляет потенциальную опасность, так как через несколько миллионов лет она может столкнуться с нашей Галактикой.
- Неправильные галактики не имеют четко выраженных центральных ядер и не следуют закономерностям в своей структуре. Примерами являются Большое и Малое Магеллановы Облака — спутники нашей Галактики, видимые невооруженным глазом. Они находятся относительно близко к нам, в полтора раза дальше, чем диаметр нашей Галактики. Магеллановы Облака существенно меньше и по массе, и по размерам, чем наша Галактика. Изучение их предоставляет ценные сведения о звездах, звездных скоплениях и диффузной материи.
Также существуют и другие типы галактик, отличающиеся своими особенностями от эллиптических, спиральных и неправильных галактик, такие как взаимодействующие галактики, которые обычно находятся близко друг к другу, связаны светящейся материей и могут взаимодействовать друг с другом.
4. Радиогалактики. Радиогалактики представляют собой особый класс галактик, которые излучают чрезвычайно мощные радиоволны, превосходящие видимое излучение. Одним из примеров радиогалактик является галактика Лебедь А, находящаяся в созвездии Лебедя. Её видимая звездная величина составляет приблизительно 18m, что делает её очень слабым объектом в оптическом диапазоне. Тем не менее, абсолютная звездная величина этой галактики, расположенной примерно в 200 мегапарсеках от нас, составляет -20,5m. Это сопоставимо с размерами и массой нашей Галактики. В отличие от «нормальных» галактик, Лебедь А излучает в радиодиапазоне больше энергии, чем в оптическом диапазоне. Галактика Лебедь А обладает двумя видимыми ядрами, их происхождение, вероятно, связано с мощным взрывом в центре галактики.
Другим примером радиогалактики является шаровая галактика NGC 5128 в созвездии Центавра. На фотографиях этой галактики можно разглядеть огромные облака темной пылевой материи, которые кажется, разделяют галактику на две части.
Одной из ближайших к нам радиогалактик является галактика Дева А (М 87 или NGC 4486). В этой галактике хорошо видна газовая струя, исходящая из её ядра. Длина этой струи достигает нескольких тысяч световых лет, и внутри неё можно выделить отдельные сгустки.
Ранее считалось, что самые мощные взрывные явления происходят при вспышках сверхновых. Тем не менее, в ядрах галактик выделяется в разы больше энергии. Активность ядер галактик проявляется в непрерывном истечении потоков вещества, выбросах сгустков газа и облаков, нетепловом радиоизлучении из околоядерной области, а также в взрывах, превращающих галактику в радиогалактику. Причины этой активности пока не до конца поняты. В течение многих лет академик В. А. Амбарцумян и его ученики в России занимались исследованием активности ядер галактик.
5. Квазары представляют собой удивительные звездоподобные источники радиоизлучения, открытые благодаря радионаблюдениям в 1963 году. В настоящее время известно более тысячи таких объектов. Самый яркий квазар, обозначенный как ЗС 273, виден как звезда 12,6m. Однако на самом деле этот квазар, находящийся на расстоянии около 3 миллиардов световых лет, излучает в оптическом диапазоне больше энергии, чем самые яркие галактики. Его светимость в 500 раз превосходит светимость Галактики Андромеды. В радиодиапазоне мощность излучения ЗС 273 сопоставима с излучением галактики Лебедь А. Кроме того, этот квазар является одним из самых мощных источников рентгеновского излучения.
Интересно, что блеск квазара ЗС 273 оказался переменным, что позволило оценить его размеры. Они не превышают одного светового года. Таким образом, квазары имеют размеры большие, чем у обычных звезд, но намного меньшие, чем у, например, нашей Галактики. Массы квазаров также сильно отличаются от масс обычных звезд, они достигают многих миллионов солнечных масс.
Для поддержания такого сверхмощного излучения квазаров требуется колоссальная энергия, которую ни один из известных источников энергии, включая термоядерный синтез, не может обеспечить. Свет и радиоизлучение от самых далеких из известных квазаров доходит до нас более чем за 10 миллиардов лет. Вероятно, квазары представляют собой исключительно активные ядра очень далеких галактик.
