В августе 1758 года, наблюдая комету C/1758 K1, открытую де ла Ню, Мессье обнаружил туманность, которую вначале принял за комету[1]. Однако после регистрации отсутствия её собственного движения, стало ясно, что открытый объект кометой не является. Позже, в 1801 году, Мессье вспоминал: Меня заставила создать этот каталог туманность в Тельце, которую я обнаружил 12 сентября 1758 года, наблюдая комету этого года. Форма и яркость туманности оказались так похожими на кометные, что я поставил себе задачу найти другие, подобные ей, чтобы астрономы не могли спутать их с кометами. Я продолжил наблюдения с использованием телескопов, пригодных для открытия комет, которое занимало мой разум, когда я составлял этот каталог.
Обнаруженный Мессье 12 сентября 1758 года объект, который он включил в перечень под номером 1, положил начало составлению каталога[2]. Мессье не являлся первооткрывателем этого объекта, представлявшего собой остатки сверхновой, взорвавшейся, согласно записям арабских и китайских астрономов, 4 июля 1054 года: впервые его наблюдал в 1731 году Джон Бэвис. Следующий объект, М2, был внесён в каталог лишь через два года, 11 сентября 1760 года. Мессье также не был первооткрывателем этого объекта: ранее, 11 сентября 1746 года, его уже наблюдал Жан Доминик Маральди. [править] М3 — М40 С мая 1764 года Мессье занялся систематическим поиском новых объектов, похожих на кометы. Он начал с обращения к трудам других астрономов (в частности, Гевелия, Гюйгенса, Дерхама, Галлея, де Шезо, Лакайля и ле Жентиля)[3], выписав оттуда сведения об обнаруженных ими туманных объектах. Далее Мессье занялся проверкой этих наблюдений, измерением положений старых и поиском новых подобных объектов — и сделал это весьма быстро: каталог увеличился с 2 до 40 объектов всего за полгода, при этом он содержал 19 объектов, которые были описаны Мессье впервые[3]. [править] М41 — М45
В начале 1765 года Мессье занёс в свой перечень объект М41 — рассеянное звёздное скопление в созвездии Большого Пса. За этим последовал долгий перерыв в наблюдениях — Мессье путешествовал вдоль побережья Нидерландов, открывал новые кометы, но не заносил новые объекты в свой перечень — вероятно, размышляя о перспективах его публикации[3]. В марте 1769 года Мессье заносит в каталог четыре хорошо известных астрономам объекта: (Туманность Ориона — М42, М43, скопление Ясли — М44 и скопление Плеяды или М45) — вероятно, чтобы его каталог был больше, чем каталог, составленный Лакайлем, так как эти объекты вовсе не были похожими на кометы[3]. Рукопись первого издания каталога была завершена 16 февраля 1771 года и отпечатана в том же году. Интересно отметить, что Мессье в предисловии к этому изданию поставил себе уже другую, более амбициозную цель: описать все туманности, видимые в телескоп, а не только те, которые являются схожими с кометами. Несмотря на это, Мессье не включил в каталог некоторые давно известные туманные объекты, которые нельзя было спутать с кометами (например, двойное скопление h и χ Персея) — тем более, что набрать «круглое» число в 50 объектов таким способом всё равно было нельзя[3]. [править] М46 — М52
19 февраля 1771 года, через три дня после завершения рукописи первого издания каталога, Мессье открыл ещё 4 объекта[3]. Объекты М46, М47 и М48 представляли собой рассеянные звёздные скопления, а четвёртый объект, М49, имел иную природу: позже было обнаружено, что это галактика, относящася к скоплению Девы. 6 июня 1771 года Мессье открыл ещё один объект, положение которого на небе было измерено много позже (он был занесён в каталог под номером 62). 50-й объект был занесён в каталог 5 апреля 1772 года — он уже ранее наблюдался Кассини, и Мессье, который был знаком с его записями, искал его с 1764 года[3]. 10 августа 1773 года Мессье открыл спутник галактики Андромеды, однако по неизвестной причине не включил этот объект в свой каталог; сообщение о данном открытии было опубликовано лишь в 1798 году, а каталожный номер М110 этот объект получил лишь в XX веке[4]. В 1773 году Мессье открыл объект М51, позже Пьер Мешен обнаружил, что этот объект состоит из двух туманностей. Наконец, в 1774 году было открыто рассеянное скопление М52, после чего Мессье на время оставил поиск туманных объектов[4]. [править] М53 — М70
В феврале 1777 года Мессье открыл объекты М53 и М54, а 24 июля следующего года в каталог был внесён М55, который Мессье уже пытался обнаружить ранее, следуя описанию обнаружившего этот объект Лакайля[4]. Объект М56 был открыт в январе 1779 года, когда Мессье занимался наблюдением кометы, открытой Боде. Путь этой кометы оказался весьма богатым туманными объектами: около него находились объекты, которые Мессье занёс в каталог под номерами М57 (открыт Антуaном Даркье де Пелепуа), М59 и М60 (Иоганн Готфред Кёлер), а также М61 (Ориани). Сам Мессье открыл М58. В июне 1779 года в каталог был включён первый объект, открытый Мешеном: М63. В марте-апреле 1780 года Мессье открыл ещё 5 объектов (М64 — М68). Значительно возросший, по сравнению с первым изданием, объём каталога побудил его опубликовать второе издание[4]. Вместе с приложением, включавшим 2 объекта, открытые Мессье 31 августа 1780 года, в каталоге было описано 70 объектов. [править] М71 — М103
На втором издании каталога его наполнение не остановилось. Всего за год в него были добавлены более, чем 32 новых объекта, из которых 5 (М73, М84, М86, М87, М93) были открыты самим Мессье, а остальные обнаружены Мешеном (Мессье осуществлял проверку этих наблюдений и измерение положения объектов)[4]. Мессье предполагал, что в третьем издании каталога будет описано 100 объектов, но к моменту подачи рукописи в печать Мешен успел открыть и описать объекты вплоть до М103[5]. Ещё два объекта, которые позже получили обозначениям М108 и М109 упоминались в примечании к описанию М97. Третье издание каталога вышло из печати весной 1781 года. [править] Завершение работы над каталогом
11 мая 1781 года в рукописной заметке Мессье описал открытый Мешеном объект, которому он дал номер М104. Позже Мешеном были открыты объекты М106 и М107. Несмотря на наличие новых открытий, Мессье прекратил работу над каталогом. Для этого было несколько причин: во-первых, 6 ноября 1781 года с Мессье произошёл несчастный случай, восстановление после которого заняло много времени; во-вторых, в 1780-х годах поиском туманных объектов занялся английский астроном Уильям Гершель, который за 20-летний период, используя значительно более совершенную аппаратуру, чем Мессье, открыл более 2500 таких объектов. Мессье писал по этому поводу[6]: Следом за мной, знаменитый Гершель опубликовал каталог 2000 туманностей, которые он наблюдал. Исследование неба его способом, с использованием инструмента с большой апертурой, неэффективно при поиске комет. Моя цель, таким образом, отличается от его: мне нужно найти лишь туманности, которые видны в телескоп с фокусным расстоянием 60 см. Тем временем, я наблюдал и другие подобные объекты. Я опубликую информацию о них в будущем, расположив их по прямому восхождению, чтобы их было легче найти, и чтобы другие искатели комет не испытывали неопределённости. Однако никаких новых изданий каталога не последовало. [править] Посмертное дополнение каталога Мессье
Хотя в последнем прижизненном издании каталога Мессье содержалось 103 объекта, сегодня в него включается 110 объектов. Это связано с тем, что каталог в XX веке подвергался дополнениям: в него вносились объекты, которые Мессье наблюдал, но в явном виде в каталог не включил[7]. Информация о четырёх объектах М104 — М107 содержалась в заметках на полях копии третьего издания каталога, принадлежавшей Мессье, которая была обнаружена и выкуплена в 1924 году Камилем Фламмарионом. Они также упоминались в письме Мешена к Бернулли, опубликованном в Берлинском астрономическом альманахе за 1786 год. Включить эти объекты в каталог предложила Хелен Сойер Хогг, обнаружившая репринт этого письма[8]. Объекты М108 и М109 упоминались в примечании к описанию объекта М97, в каталог их предложил включить Оуэн Джинджерич в 1953 году[8]. Последний объект, М110, второй спутник Галактики Андромеды, включил в список Кеннет Глин Джонс, на том основании, что Мессье наблюдал эту галактику ещё в 1773 году (журнал с этими наблюдениями был опубликован лишь в 1798 году, сам Мессье не счёл нужным включать этот объект в каталог)[8]. [править] «Отсутствующие» объекты Мессье
Несмотря на в целом очень высокое качества каталога Мессье, основанного на точных измерениях положений каждого из объектов, нередко проводившихся неоднократно, в месте, указанном в некоторых записях каталога, отсутствуют какие-либо туманные объекты. Таких записей, относящихся к отсутствующим объектам, в каталоге четыре; для трёх из них с высокой степенью достоверности определён объект, реально наблюдавшийся Мессье, но находящийся в другом месте, нежели указано в каталоге[9]. [править] М47
Мессье описывает данный объект как звёздное скопление без туманности, имеющее прямое восхождение 7h 44m 16s и склонение +14° 50' 8''. Однако в этом месте какие-либо звёздные скопления отсутствуют. В 1934 году Освальд Томас предположил, а в 1959 году Т. Ф. Моррис доказал, что ошибка в каталоге вызвана ошибкой в знаке, которую сделал Мессье при вычислении положения этого объекта[9]. Данному объекту соответствуют две записи в каталоге NGC: NGC 2478 (ложное местоположение) и NGC 2422 (правильное местоположение). [править] М48
Мессье описывает данный объект как скопление очень слабых звезд без туманности, имеющее прямое восхождение 8h 2m 24s и склонение +1° 16' 42''. Как было показано Освальдом Томасом и Т. Ф. Моррисом, на деле объект, наблюдавшийся Мессье, находится на 5° севернее, ему в настоящее время сопоставляется объект NGC 2548[9]. [править] М91
Мессье описывает данный объект как туманность без звёзд в созвездии Девы, имеющую прямое восхождение 12h 26m 28s и склонение −14° 57' 6''. В данном участке неба имеется много слабых галактик из скопления Девы, но ни одна из них не имеет достаточной яркости. Оуэн Джинджерич предположил, что Мессье мог повторно наблюдать объект М58, и ошибиться в вычислении его местоположения. Однако в 1969 году У. Ч. Уильямс показал, что ошибка Мессье заключалась в том, что выбрав в качестве точки отсчёта для измерений галактику М89, он перепутал её с М58, и объекту М91 следует сопоставить запись в каталоге NGC 4548[9]. [править] М102
Мессье описывает данный объект как очень слабую туманность между звёздами ο Волопаса и ι Дракона, рядом с которой находится звезда 6-й величины. Вопрос о том, относится ли данная запись к какому-либо реальному объекту, является спорным. Американские публикации рассматривают данный объект как отсутствующий, однако большинство европейских источников отождествляют его с галактикой NGC 5866[7]. Причины этого спора заключаются в противоречиях между различными источниками информации о данном объекте. Мешен, первоначально сообщивший о наблюдении объекта, позже пояснил в письме Бернулли, опубликованном в Берлинском астрономическом альманахе за 1786 год, что объект М102 представляет собой лишь повторное наблюдение объекта М101[7]. Однако из заметок Мессье на полях его личной копии каталога известно, что он сам также наблюдал этот объект, измерив его местоположение. В указанной Мессье точке никаких похожих объектов нет, однако предположительно он, как и в случае с М48, ошибся в определении местоположения объекта на 5°; если вычисления произвести правильно, вычисленное местоположение будет соответствовать объекту NGC 5866. Таким образом, даже если Мешен действительно наблюдал один и тот же объект два раза, Мессье при попытке проверить его наблюдения мог открыть уже другой объект; если это так, то данная туманность является последней из открытых Мессье[7]. [править] Объекты Мессье
Если исходить из современной астрономической классификации, каталог Мессье содержит[10]: 6 галактических туманностей 28 рассеянных звёздных скоплений 4 планетарные туманности 29 шаровых скоплений 40 галактик 3 иных объекта. Самым ярким объектом Мессье являются Плеяды (М45, звёздная величина 1,2m), самыми тусклыми — M76, М91 и М98 (звёздная величина 10,1m). Самый большой угловой размер имеет Галактика Андромеды (М31, 4° × 1°), самый большой линейный — галактика М101 (диаметр 184 000 световых лет). Самый маленький угловой размер имеют двойная звезда М40 (49") и объекты М73 и М76 (1'), линейный — планетарная туманность М76 (0,7 световых лет). 69 объектов Мессье принадлежат нашей Галактике: самым близким из них являются Плеяды (430 световых лет), самым отдалённым — шаровое скопление М75 (78 000 световых лет). 41 объект имеет внегалактическую природу: из этих объектов 40 являются галактиками, а один представляет собой шаровое скопление (М54). Самым отдалённым из этих объектов является галактика М109, удалённая от нас на 67,5 миллионов световых лет.
ИЗ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ Галактики — гигантские звездные острова, находящиеся за пределами нашей звездной системы (нашей Галактики). Идея о том, что наша Галактика не заключает в себя весь звездный мир и существуют другие, сходные с ней звездные системы, впервые была высказана учеными и философами в середине 18 в. (Э.Сведенборг в Швеции, И.Кант в Германии, Т.Райт в Англии). На небе другие звездные системы выглядят как далекие гигантские скопления звезд. Естественно было предположить, что такими «внешними» галактиками являются светлые туманные пятна низкой яркости, открытые астрономами на небе, когда в их распоряжении появились достаточно крупные телескопы. Английский астроном В.Гершель в конце 18 в. смог с помощью построенного им большого телескопа первым «разложить» на отдельные звезды некоторые из таких туманностей. Впоследствии оказалось, что они являются звездными скоплениями, которые принадлежат нашей Галактике. Другие же туманности (включая большую Туманность Андромеды) не разрешались на звезды, и было неизвестно, относятся ли они к нашей Галактике или лежат за ее пределами. Позднее, в конце 19 в., выяснилось, что природа наблюдаемых светлых пятен вообще не одинакова, некоторые из них, действительно, могут быть далекими звездными скоплениями, а другие имеют спектр, характерный для газа, а не для звезд, а, значит, являются облаками нагретого межзвездного газа. В середине 19 в. было впервые обнаружено наличие спиральной структуры у некоторых туманностей (лорд Росс, Великобритания). Но их звездная природа еще долгое время оставалась недоказанной. На помощь пришла фотография. В начале 20 в. американскому астроному Дж.Ричи с помощью нового телескопа с диаметром 1,5 м на обсерватории Маунт Вильсон впервые удалось, используя длинные экспозиции, получить фотографии нескольких туманных пятен (включая туманности в Андромеде и в Треугольнике) такого высокого качества, что на них можно было рассмотреть изображения большого числа очень слабых звезд. Но поскольку никто не мог сказать, к каким типам принадлежат эти звезды, открытие Ричи не решило вопрос о расстоянии, а значит, и о природе исследуемых объектов. Окончательно этот проблема была решена в 1924, когда американский астроном Э.Хаббл, проводя наблюдения на новом инструменте — 2,5-метровом рефлекторе, обнаружил в туманностях Андромеды и Треугольника звезды знакомого типа — цефеиды (см. ЗВЕЗДЫ).
Расстояние до этих переменных звезд астрономы уже умели определять по характерной для них зависимости «период-светимость». И хотя впоследствии выяснилось, что полученные Хабблом расстояния более чем вдвое меньше действительных, его оценки убедительно показали, что наблюдавшиеся звездные системы находятся далеко за пределами нашей Галактики. С этого времени стало возможным говорить о рождении нового раздела науки — внегалактической астрономии. Невооруженному глазу доступно всего три галактики — туманность Андромеды в северном полушарии и Большое и Малое Магеллановы Облака — в южном. Магеллановы облака являются самыми близкими к нам галактиками: расстояние до них ок. 150 тыс. св. лет.
Пространство между галактиками прозрачно, что позволяет наблюдать очень далекие объекты. Современным крупным телескопам потенциально доступны для наблюдения более миллиарда далеких галактик, однако, большинство из них едва заметны и видны лишь как крошечные пятнышки размером в несколько угловых секунд, часто по виду с трудом отличимые от слабых звезд нашей Галактики. Поэтому современные представления о галактиках основаны на изучении нескольких десятков тысяч сравнительно близких объектов, которые могут быть исследованы более детально. Первый каталог, содержащий информацию о положении на небе более ста туманных пятен, был составлен французским астрономом, специализировавшимся на поиске комет, Шарлем Мессье в 18 в. Большинство зарегистрированных им пятен впоследствии оказалось галактиками, остальные — светлыми газовыми туманностями и звездными скоплениями нашей Галактики. Объекты Мессье до сих пор обозначаются номерами его каталога (например, туманность Андромеды имеет обозначение М31). Одним из более обширных каталогов, номерами из которых часто обозначают галактики, является New General Catalogue (NGC), основы которого заложили английские астрономы Вильям Гершель и его сын Джон Гершель. Вместе с добавлением к нему (Index Catalogues, или IC) каталог NGC содержит координаты более 13 тыс. объектов. Работа по составлению более подробных каталогов галактик была существенно расширена несколькими изданиями Реферативного каталога ярких галактик Ж. де Вокулера с сотрудниками. Более обширные, но менее информативные каталоги, основанные на просмотре фотографических пластинок Обзора неба, полученных на 1,2-метровой камере Шмидта Паломарской обсерватории, были опубликованы еще ранее Ф.Цвикки в США (Каталог Цвикки), П.Нильсоном в Швеции (каталог UGC) и Б.А.Воронцовым-Вельяминовым в СССР (Морфологический каталог галактик). Они содержат координаты, звездные величины, угловые размеры и некоторые другие параметры для нескольких десятков тысяч галактик приблизительно до 15-й звездной величины. Позднее был проведен аналогичный обзор и для южного неба — по фотографиям, полученным с помощью широкоугольных камер Шмидта Европейской южной обсерватории в Чили и в Австралии. Со временем появились многочисленные более специализированные атласы и каталоги галактик, обладающих теми или иными свойствами, в том числе составленные по наблюдениям в радио, рентгеновском или инфракрасном диапазонах спектра. Одна и та же галактика под различными номерами может входить в разные каталоги. За исключением небольшого числа объектов, галактики не имеют собственных имен. Каждой соответствует цифровое обозначение, перед которым, как правило, стоит аббревиатура (сокращенное до нескольких букв название) соответствующего каталога. Обозначения галактик по разным каталогам вместе с обширной информацией об их наблюдаемых свойствах можно найти, например, в базе данных НАСА по внегалактическим объектам на сайте nedwww.ipac.caltech.edu.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГАЛАКТИК Галактики — сложные по составу и структуре системы. Самые маленькие из них по числу звезд сопоставимы с большими звездными скоплениями в нашей Галактике, однако по размерам они значительно их превосходят: диаметр даже самых маленьких галактик составляет несколько тысяч св. лет. Размеры гигантских галактик в сотни раз больше. Галактики не имеют резких границ, их яркость постепенно спадает с удалением от центра наружу, поэтому понятие размера не является строго определенным. Видимый размер галактик зависит от возможности телескопа выделить их внешние области, имеющие низкую яркость, на фоне свечения ночного неба, которое никогда не бывает абсолютно черным. В его слабом свете «тонут» периферийные части галактик. Современная техника позволяет регистрировать области галактик с яркостью менее 1% от яркости ночного неба. Для объективной оценки размеров галактик за их границу условно принимается определенный уровень поверхностной яркости, или, как говорят, определенная изофота (так называют линию, вдоль которой поверхностная яркость имеет постоянное значение). Часто в качестве такого порогового значения яркости принимается 25 звездная величина с квадратной угловой секунды в фотографической области спектра. Соответствующая ей яркость в десятки раз ниже яркости ночного, ничем не «подсвеченного» неба. Яркость центральных областей галактик может быть в несколько сотен раз выше порогового значения. Светимость галактик (т.е. полная мощность излучения) меняется в еще больших пределах, чем их размер — от нескольких миллионов светимостей Солнца (Lc) у самых маленьких галактик до нескольких сотен миллиардов Lc для галактик-гигантов. Эта величина примерно соответствует общему количеству звезд в галактике или ее полной массе. Светимость галактик такого типа как наша Галактика составляет несколько десятков миллиардов светимостей Солнца. Однако у одной и той же галактики она может сильно различаться в зависимости от диапазона спектра, в котором ведется наблюдение. Поэтому очень важную роль в изучении галактик играют наблюдения в различных интервалах длин волн. Вид галактик неузнаваемо меняется при переходе от одного спектрального диапазона к другому — от радиоволн к гамма-лучам. Это связано с тем, что основной вклад в излучение галактик на различных длинах волн вносят объекты различной природы
Массы галактик, как и их светимости, также могут различаться на несколько порядков — от значений, характерных для крупных шаровых звездных скоплений (миллионы масс Солнца) до тысячи миллиардов масс Солнца у некоторых эллиптических галактиках. Галактики — это прежде всего звездные системы; именно со звездами связано их оптическое излучение. Пространственно звезды образуют два основных структурных компонента галактики, как бы вложенных один в другой: быстро вращающийся звездный диск, толщина которого обычно составляет 1-2 тыс. св. лет, и медленно вращающуюся сферическую (или сфероидальную) составляющую, яркость которой концентрируется не к плоскости диска, а к центру галактики. Внутренняя, наиболее яркая часть сферодального компонента называется балдж (от англ. bulge — вздутие), а внешняя часть низкой яркости — звездное гало. В центральной части массивных галактик часто выделяется небольшой и быстро вращающийся околоядерный диск размером порядка тысячи св.лет, который также состоит из звезд и газа. Такая структурность галактик отражает сложный многоступенчатый характер их формирования. Есть галактики, в которых наблюдается только один из двух основных компонентов: диск или сфероид. Помимо звезд с разными массами, химическим составом и возрастом, каждая галактика содержит разреженную и слегка намагниченную межзвездную среду (газ и пыль), пронизываемую высокоэнергичными частицами (космическими лучами). Относительная масса, приходящаяся на долю межзвездной среды, как и мощность радиоизлучения, также относятся к важнейшим наблюдаемым характеристикам галактик. Полная масса межзвездного вещества сильно меняется от одной галактики к другой и обычно составляет от нескольких десятых долей процента до 50% суммарной массы звезд (в редких случаях газ может даже преобладать по массе над звездами). Содержание газа в галактике — это очень важная характеристика, от которой во многом зависит активность происходящих в галактиках процессов и, прежде всего, — процесс образования звезд.
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА ГАЛАКТИК Многообразие наблюдаемых форм галактик вызвало у астрономов желание объединить похожие объекты и разбить галактики на ряд классов по их внешнему виду (по морфологии). В основе наиболее часто используемой морфологической классификации галактик лежит схема, предложенная Э.Хабблом в 1925 и развитая им в 1936. Галактики разделяются на несколько основных классов: эллиптические (Е), спиральные (S) линзовидные (S0) и неправильные (Irr).
E-галактики выглядят как эллиптические или овальные пятна, не слишком сильно вытянутые, яркость внутри которых плавно уменьшается с расстоянием от центра. Заметный диск в них отсутствует, хотя точные фотометрические измерения в некоторых случаях позволяют заподозрить его существование. Следы пыли или газа в них также редко встречаются. По степени сплюснутости Е-галактики разделяются на несколько подклассов — от Е0 (круглые) до Е6 (вытянутые). Цифра, стоящая после буквы «Е», характеризует видимую сплюснутость галактики. Она примерно равна отношению 10·(a-b)/a, где a и b — соответственно большая и малая оси эллипса, описывающего галактику.
В спиральных (S) галактиках выделяется центральное сгущение звезд — «балдж», и протяженный звездный диск, в котором (если он только не повернут к наблюдателю «ребром») наблюдаются спиральные ветви. Различают спиральные галактики без перемычки и с перемычкой. В последнем случае в центральной части галактики звезды образуют вытянутую структуру — бар, за пределами которого начинаются спиральные ветви. Такие галактики обозначаются SB. На фотографиях, полученных в лучах видимой части спектра, бары заметны не менее чем у трети всех S-галактик. В инфракрасных лучах их можно выявить у еще большего числа галактик.
Спиральные галактики также делятся на подклассы: Sa, Sb, Sc, Sd, а для галактик с баром — SBa, SBb, SBc, SBd. Вдоль последовательности от а до d уменьшается яркость балджа, а спиральные ветви становятся все более клочковатыми, более «развернутыми» и менее четкими по форме. У спиральных галактик, наблюдаемых с ребра, спиральные рукава не видны, но тип галактики можно установить по относительной яркости балджа и диска. Между типами Е и S находится тип линзовидных галактик (S0). Как и S-галактики, они обладают звездным диском и балджем, но в них нет спиральных ветвей (хотя бар может быть). Считается, что это галактики, которые в далеком прошлом были спиральными, но к настоящему времени почти полностью «потеряли» или израсходовали межзвездный газ, а вместе с ним — и способность образовывать яркие спиральные ветви.
Irr-галактики не обладают упорядоченной структурой, в них нет спиральных ветвей, хотя они и содержат внутри себя яркие области различных размеров (как правило, это области интенсивного звездообразования). Балдж в этих галактиках очень мал или совсем отсутствует. Несколько процентов наблюдаемых галактик не укладывается в описанную классификационную схему, их называют пекулярными. Обычно это галактики, форма которых искажена сильным взаимодействием с соседними галактиками, или же обладающие необычной структурой — например, полярным кольцом, вращающимся в плоскости, перпендикулярной плоскости звездного диска. В отдельную группу выделяются карликовые галактики — небольшие по размеру, светимость которых в тысячи раз меньше, чем у таких галактик как наша или туманность Андромеды. Это самый многочисленный класс галактик, но из-за низкой светимости их трудно обнаружить на большом расстоянии. Размер карликов обычно не превосходит нескольких килопарсек (см. ПАРСЕК). Среди них также встречаются эллиптические dE, спиральные dS (очень редко), и неправильные (dIrr). Буква d (от английского dwarf — карлик) обозначает принадлежность к карликовым системам.
Было также обнаружено два типа карликов, которые практически не имеют аналогов среди галактик высокой светимости. Это — карликовые сфероидальные системы (dSph) и карликовые голубые компактные галактики (dBCG). Первые похожи на шаровые звездные скопления, увеличенные по объему в тысячи раз. Такие галактики — рекордсмены по низкой поверхностной яркости среди карликов, которая даже во внутренней области галактик часто бывает значительно ниже яркости темного ночного неба. Несколько галактик dSph являются спутниками нашей Галактики. В отличие от них галактики dBCG имеют высокую поверхностную яркость при небольшом линейном размере, а их голубой цвет свидетельствует об интенсивно происходящем звездообразовании. Эти объекты особенно богаты газом и молодым звездами. Различие меду галактиками разных типов объясняется как различными условиями формирования, так и эволюционными изменениями, произошедшими за миллиарды лет их жизни.
ОЦЕНКА РАССТОЯНИЙ ДО ГАЛАКТИК Многие характеристики галактик, такие как светимость, линейные размеры, масса газа и звезд, период вращения, невозможно оценить, если не известно расстояния до них. Не существует универсального метода определения расстояний до галактик. Одни способы используются для сравнительно близких, другие — для очень далеких объектов. Наиболее разнообразны методы оценки расстояний до сравнительно близких галактик, в которых можно наблюдать и исследовать отдельные яркие объекты. В качестве таких объектов обычно используются звезды, обладающие высокой светимостью: цефеиды, ярчайшие сверхгиганты или гиганты (их легко различить по цвету), но часто привлекаются и другие образования: звездные скопления (см. ЗВЕЗДЫ), планетарные туманности (см. ТУМАННОСТИ), а также новые звезды в максимуме блеска. Характеристики этих объектов считаются известными, например, по аналогии с подобными объектами нашей Галактики. Самый точный метод связан с использованием цефеид, поскольку светимости этих звезд могут быть получены по хорошо установленной зависимости «период-светимость». Для определения расстояний проводятся фотометрические измерения видимых звездных величин (видимой яркости) объектов в тех или иных галактиках. Затем полученные оценки сопоставляются со светимостью выбранных объектов (или их абсолютной звездной величиной); при этом обязательно вводится поправка на межзвездное поглощение света. В итоге это позволяет оценить, насколько далеко от нас находится галактика. Если m — видимая звездная величина объекта, исправленная за межзвездное поглощение, а М — его известная абсолютная звездная величина, то логарифм расстояния D до этого объекта, выраженного в мегапарсеках, определяется по формуле: lg D = 0,2(m — M) — 5. Для перевода расстояния в миллионы световых лет его значение в мегапарсеках надо умножить на 3,26. Эффективным оказался и метод определения расстояний не по отдельным объектам, а по оценке параметров мелкой ряби (флуктуаций поверхностной яркости) на видимом изображении галактик, которая обусловлена звездами, не разрешаемыми по отдельности. Но все эти методы достаточно грубы и в применении к индивидуальным галактикам могут давать большую ошибку. Ярчайшие звезды, пригодные для оценки расстояний, даже с помощью крупнейших телескопов наблюдаются в галактиках, удаленных не более чем на несколько десятков миллионов световых лет (шаровые скопления — несколько дальше). Исключение составляют сверхновые звезды, их можно запечатлеть на любых расстояниях, с которых видны галактики. Их тоже используют для оценки расстояний, однако, они вспыхивают в галактиках редко и не прогнозируемым образом. Поэтому для более далеких галактик разработаны другие подходы. Например, предполагают, что заранее известна светимость или линейный размер галактик определенного типа (это очень грубый метод). Более точные оценки опираются на статистически установленные зависимости, связывающие светимость галактик с какой-либо непосредственно измеряемой величиной, характеризующей галактику (скорость вращения, ширина спектральных линий, принадлежащих звездам, или линий излучения межзвездного газа в радиодиапазоне). Но чаще всего расстояние до далеких галактик определяют по зависимости Хаббла «красное смещение спектральных линий — расстояние». Этот метод (метод красного смещения) основан на измерении сдвига линий в спектре галактики, обусловленного расширением Вселенной. Открытая эмпирически зависимость Хаббла получила надежное обоснование в теории расширяющейся Вселенной. Однако, для калибровки эмпирических зависимостей все равно требуются сравнительно близкие галактики, для которых расстояния находят по индивидуальным объектам. Поэтому определить, во сколько раз одна галактика дальше другой, можно значительно точнее, чем оценить расстояние до каждой из них. В целом, точность оценки расстояний не превышает 10-15%, а в отдельных случаях она значительно ниже.
СОСТАВ ГАЛАКТИК
Межзвездные газ и пыль. Распределение газа в галактике может сильно отличаться от распределения звезд. Иногда газ прослеживается до значительно больших расстояний от центра галактики, чем звезды, наглядно демонстрируя, что галактика может продолжаться дальше своих оптических границ. Относительная доля массы, приходящаяся на межзвездный газ, в среднем растет от Е- к Irr-галактикам. Для таких галактик, как наша, она составляет несколько процентов, а в Е-галактиках газа содержится менее 0,1% (хотя есть и исключения из этого правила). Межзвездный газ состоит, в основном, из водорода и гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. Эти тяжелые элементы образуются в звездах и вместе с газом, теряемым звездами, оказываются в межзвездном пространстве. Поэтому содержание тяжелых элементов важно знать для изучения эволюции галактики. В спиральных галактиках газ концентрируется к плоскости звездного диска, а внутри диска его плотность больше всего в спиральных ветвях, а также в центральной области галактики. Но газ наблюдается и в эллиптических галактиках, где нет ни звездных дисков, ни спиральных ветвей. В этих галактиках газ представляет собой горячую разреженную среду, заполняющую весь объем звездной системы. Из-за высокой температуры (сотни тысяч градусов Кельвина) его можно наблюдать в рентгеновских лучах. Газ в S- и Irr-галактиках находится в трех основных состояниях, или фазах. Во-первых, это облака холодного (менее 100 К) молекулярного газа. Такой газ не излучает света, но его присутствие позволяет обнаружить радионаблюдения, поскольку различные молекулы в разреженной среде излучают на определенных, хорошо известных длинах волн. Именно в облаках холодного газа зарождаются звезды. Во-вторых, это атомарный, или нейтральный, газ, образующий облака и более разреженную межоблачную среду. Такой газ также не излучает света. Атомарный водород был открыт по радиоизлучению на частоте 1420 МГц (длина волны 21 см). Как правило, в этом состоянии находится основная масса межзвездного газа. В-третьих, в лучах видимого света обычно наблюдаются многочисленные яркие области, образованные газом, ионизованным ультрафиолетовым излучением звезд и нагретым до температуры около 10 000 К. Это области ионизованного газа. Как правило, источником нагрева и ионизации являются молодые массивные звезды, поэтому большое количество ионизованного газа свидетельствует об интенсивном звездообразовании в галактике. В газовой среде межзвездного пространства содержится и мелкодисперсный твердый компонент — межзвездная пыль. Она проявляет себя двояко. Во-первых, пыль поглощает видимый и ультрафиолетовый св
