Наука

Учените отговарят: Какво са пекулярни галактики?

Понятието пекулярност означава необичайност или странност. В астрономията за един обект се казва, че е пекулярен ако неговите характеристики се отличават силно от нормалните за обектите от неговия клас. Например, съществува понятието химически пекулярни звезди. Това са звезди с необичаен химически състав, т.е. съдържащи повече тежки елементи от обичайното. И така, терминът морфологично пекулярни галактики означава галактики с необичайна форма, размер или структура. Много често галактиките, определяни като пекулярни, са гравитационно деформирани, имат джетове от материя или обвивки. В много от случаите техните пекулярности се дължат на взаимодействие с други галактики.

Кои са нормалните галактики?

Преди да преминем към по-детайлното разглеждане на пекулярните галактики ще се спрем върху тези, които наричаме нормални или обичайни.

Със сигурност, най-известната класификация на галактиките е камертонната диаграмата на Хъбъл. На нея галактиките се класифицират според тяхната форма. Тази диаграма, носеща името на откривателя си Едуин Хъбъл, е била открита през 1927г. На нея галактиките се разделят на две основни групи: спирални и елиптични, като между тях има един преходен тип галактики, наречени лещовидни.

Ще опишем накратко типичните характеристики на всеки един тези три типа.

Елиптичните галактики са тези с най-проста морфология. Формата им е елипсоидална, без никакви забележими образувания и нееднородности. Тяхното място е в лявата част на диаграмата и се отбелязват с буквата Е и някакво число между 0 и 7. Това число е мярка за тяхната сплеснатост, като галактиките, които са с форма най-близка до сферична се бележат с Е0, а най-сплеснатите с Е7. Елиптичните галактики съдържат предимно стари звезди и за това техният цвят най-често е оранжев или жълт. Техните размери са от няколко десетки до стотина килопарсека.

В дясната част на Хъбъловата диаграма са разположени спиралните галактики. Те са значително по-красиви и разнообразни на вид от елиптичните. При тях повечето звезди са струпани в една равнина в коятo е разположен диска на галактиката. В центъра си всяка спирална галактика има ядро, съставено от стари, червени звезди. То много наподобява елитпична галактика. Друга обща характеристика на спиралните галактики е наличието на спирални ръкави. Те са сравнително тесни струпвания от млади и сини звезди, разположени в равнината на галактичния диск. В тях се намират и областите на активно звездообразуване. Формата им най-често е близка до така наречената логаритмична спирала.  Също така, почти всички спирални галактики са обградени от галактично хало. То се простира около галактиката и съдържа предимно стари кълбовидни звездни купове.

В зависимост от структурата на ръкавите си спиралните галактики се делят на обикновени и пресечени.

При обикновените спирални галактики ръкавите излизат директно от централното ядро. Те се отблязват с главната буква S, следвана от малките букви a, b или с, в зависимост от развиването на спиралните ръкави към периферията.

Ръкавите на пресечениете спирални ръкави не излизат директно от ядрото, а от обграждащата го област, наречена бар. Той най-често е продълговато образувание, обикалящо като твърдо тяло, заедно с ръкавите около центъра на галактиката. Пресечените спирали се бележат с буквите SB, следвани от малките букви a, b или c, аналогично на нормалните спирали. Съществуват различни теории за образуването на бара. Повечето предполагат, че той е резултат от изхвърляне на вещество от ядрото на галактиката. Според други теории барът се образува вследствие на приливното взаимодействие с други галактики. Смята се, че барът не е стабилно образувание и той се разпада след някакъв интервал от време. Съвременните наблюдения, направени от инфрачервения космически телескоп Спицер, потвърждават тезата, че Млечният път е именно пресечена спирала.

В диаграмата на Хъбъл се намират и една по-особена група галактики – лещовидните. Те са наречени така, защото погледнати отстрани имат формата на двойно изпъкнала леща. Тяхното място е по средата на диаграмата, където се събират клоновете на елиптичните и спиралните галактики. Това не е случайно, защото те имат наблюдателните характеристики и на спиралните и на елиптичните галактики. При тях се наблюдава струпване на звездите в една равнина (наличие на диск). В този диск, обаче, липсват всякакви ръкави, той е напълно еднороден. Около него има хаотично разположени стари, червени и оранжеви звезди, поради, което формата на тези галактики е близка до елипсоидалната. Много астрономи ги причисляват към галактиките с необичайна морфология. При голяма част от лещовидните галактики се наблюдават нетипични образувания: обвивки от газ и прах, приливни опашки и други, но на тях ще се спрем по-подробно по-нататък. Те се отбелязват със S0, като понякога се добавя и главна буква В, ако в диска на галактиката има структура, подобна на бар.

Неправилните галактики са последният тип, който Хъбъл въвежда. Те съставят около една четвърт от всички познати досега галактики и нямат място е неговата диаграма, защото морфологично нямат белезите нито на спиралните, нито на елиптичните. Най-често се състоят от хаотично разпределени звезди и междузвездна материя, като не се наблюдават балджове, ръкави или други характерни формации. В повечето случаи неправилността е резултат от гравитационното взаимодействие между две галактики в миналото. Особено силно това се проявява когато покрай галактика джудже премине друга с много голяма маса. Действително повечето неправилни галактики са такива с малки размери и маси. Възпритетото от Хъбъл означение на този тип обекти е Irr, като те се делят два подтипа: Irr-I – галактики с наченки на някаква спирална или елиптична структура, но недостатъчна да бъдат класифицирани като такива; Irr-II – галактики с абсолютно неправилна структура, без никаква прилика с нормалните.

Какво са пекулярните галактики?

Още в началото казахме, че пекулярни се наричат тези галактики, които имат необичайна структура, размери или форма. Много често една такава галактика може да намери своето място в диаграмата на Хъбъл, но поради някоя своя особеност се класифицира като пекулярна. Пекулярността се означава със съкращението pec след морфологичния тип на галактиката. Тук е мястото да се дискутира въпросът каква е разликата между пекулярните и неправилните галактики. При неправилните отсъства всякаква правилна или поне обичайно повтаряща се структура. Звездите и материята в тях са напълно хаотично разпределени. За разлика от тях пекулярните галактики се делят на няколко основни морфологични типа, с които ще се занимаем по-нататък. Обикновено галактиките от даден тип имат общ произход и близки маси и размери.

Каталог на пекулярните галактики

Най-известният каталог на пекулярни галактики е бил публикуван от американския астроном Халтън Арп през 1966г. Той съдържа 338, морфологично подредени, обекта.

Пионери в изследването на пекулярните галактики са роденият във Варна Фриц Цвики и Воронцов-Веляминов. В началото на 60-те години, на базата на наблюдателен материал, получен от 48-инчовия телескоп на Паломарската обсерватория те набелязват галактики с необичайна морфология. По-късно тези обекти са наблюдавани от Халтън Арп с 200-инчовия телескоп в същата обсерватория. Така той получава техни изображения с изключително високо качество.

По онова време все още не е бил ясен механизмът на формиране на формата на галактиките. Арп е разглеждал пекулярностите като „експерименти” на природата и е смятал, че разбирането им би помогнало много в изграждането на цялостната картина на образуване на галактики. Вдействителност, неговият каталог не съдържа всички пекулярни галактики, които са известни, но в него са представени всички типове пекулярности. Понеже единственото, което Арп е имал на разположение за тези галактики е тяхното изображение, в каталога си той ги разделя морфологично. Обектите с номера от 1 до 101 са спирални галактики, които са единични или имат много малък спътник. От 102 до 145 са галактики с елиптична форма. Галактики, чиято форма не е нито елиптична, нито спирална са с номера от 146 до 268. Двойните галактики, при които има очевидно взаимодействие между двата компонента заемат номерата от 269 до 327. Последните 11 обекта, невписващи се в нито една от горните категории, имат номера от 328 до 338. Членовете на отделните групи Арп разделя и на подгрупи. Така например, галактиките с елиптична форма се делят на такива, които: са гравитационно сързани със спирални, имат наченки на спирални ръкави, са разположени близко до деформираща спирална и елиптични галактики, изхвърлящи материя.

Типове пекулярни галактики

Пекулярните галактики се класифицират по необикновенноста която притежават. Основно те се делят на четири типа:

  • галактики с обвивки
  • пръстеновидни галактики;
  • взаимодействащи си галактики;
  • галактики с повишено звездообразуване.

Галактиките с обвивки са най-често елиптични или лещовидни които, както подсказва името им, са обвити от материя. Интересен е фактът, че много по-рядко обвивки се образуват около спирални галактики. Последните изследвания показват, че 17% от елиптичните галактики и 30% от лещовидните галактики имат обвивки около тях. В различните галактики, обвивките могат да имат много различна морфология, което подсказва, че се образуват по различен начин.

Основно теориите за образуване на обвивки са два вида, като компютърните симулации показват, че и при двата е възможно да се образуват обвивки, приличащи на наблюдаваните. Първият вид предполагат, че те се образуват като резултат от гравитационното сливане на две леки елиптични галактики. При сливането, част от звездите получават големи скорости и не могат да бъдат удържани и затова се разлитат, образувайки обвивки. В този случай компютърните симулации показват, че би трябвало обвивките да са разположени по една ос, а не да са хаотично разпределени. Според втория вид теории, обвивки се образуват вследствие на гравитационно взаимодействие между две галактики, но без сливане. Например, в случая на NGC 474 се предполага, че те са предизвикани от въздействието на галактиката върху нейния спътник NGC 470.

Следващият тип пекулярни галактики, които ще разгледаме са пръстеновидните. В централната си част те има жълто или червено ядро, което е оградено от син пръстен. Между тях двете пространството е почти празно. Тяхното образуване се предполага, че е резултат от централен сблъсък между масивна спирална и лека елиптична галактика. При този сблъсък се образува ударна вълна на активно звездообразуване, която се разпространява от центъра на спиралната навън. Всъщност, фронтът на тази вълна е пръстенът, ограждащ ядрото. Затова той се състои от млади звезди и цветът му е син. Специфичен тип пръстеновидни галактики са полярните пръстеновидни. При тях пръстенът е разположен перпендикулярно на равнинава на диска. Те, вероятно, се образуват в резултат на гравитационното взаимодействие между две спирални галактики,  при близкото им преминаване една около друга. Интересен факт е, че в равнината на полярния пръстен има съдържание на тъмна материя, превишаващо това в нормалните галактики.

Взаимодействащите си галактики са третият тип пекулярни, който ще разгледаме. Тук ще се спрем на сливащи се галактики с големи маси (в горните два случая поне едната от галактиките беше с малка маса) и на близкото спътниково взаимодействие.

Оказва се, че всяка масивна спирална галактика поне веднъж в живота си преживява сливане или поне близко взаимодействие с друга такава. В случай на сливане се образува нова галактика, чиято морфология често е съвсем различна от морфологията на изходните две. Обикновено при масивни галактики, сливането протича на няколо етапа. След първия сблъсък те имат достатъчно енергия, за да преминат една през друга и се сблъскват отново, като формата им все повече се нарушава. Обикновено процесът на сливане продължава няколко стоцити милиона години. Звездите в една галактика са много малка част от нейния обем и затова при сливането между галактики, директни удари между звезди са много малко вероятни.

Предполага се, че нашата галактика Млечният път, ще влезе в близко взаимодействие с галактиката Андромеда след около 3 милиарда години. M31 се приближава към нас със скорост около 120км/с, но поради това, че перпендикулярната на лъча на зрение скорост не се знае точно все още не е ясно дали двете галактики ще се сблъскат или просто ще преминат близко една до друга.

Около много масивни галактики обикалят галактики спътници. Значимо взаимодейстие между тях се наблюдава, когато разстоянието не е голямо. Тогава морфологията на и на двета се променя, като разбира се, масивната галактика търпи по-малки промени. Често явление е галактичният канибалъзим, т.е. изсмукване на материята на по-леката от по-масивната. Предполага се, че Млечният път и Малкият Магеланов облак са пример точно за това.

Последният тип пекулярни галактики на които ще спрем вниманието си са галактиките с повишено звездообразуване. Обикновено образуването на звезди в тях се повишава вследствие на избухване на свръхнова или близко преминаване на друга галактика. Често техният цвят е син, поради наличието на голям брой млади звезди. Такива галактики са: Антените (NGC 4038/4039), М82, IC10.

Използвани източници: