Балдж это в астрономии кратко
Обновлено: 12.06.2024
Рис. 1. Спиральная галактика ESO 243-49 наблюдается с ребра, благодаря чему балдж хорошо виден.
Галактический балдж Млечного Пути в представлении художника. Балдж нашей Галактики имеет диаметр около 4 кпк.
В астрономии галактический балдж (или галактическая выпуклость) — это плотно упакованная группа звезд внутри более крупного звездообразования. Этот термин почти исключительно относится к центральной группе звезд, обнаруженной в большинстве спиральных галактик.
Исторически считалось, что выпуклости — это эллиптические галактики, вокруг которых оказался звездный диск, но изображения с высоким разрешением, полученные с помощью космического телескопа Хаббл, показали, что многие выпуклости лежат в основе спиральной галактики. Сейчас считается, что существует по крайней мере два типа балджей: балджи, похожие на эллиптические, и балджи, похожие на спиральные галактики.
Классические балджи
Эти звезды также находятся на орбитах, которые по существу случайны по сравнению с плоскостью галактики, что придает выпуклости отчетливую сферическую форму. Из-за отсутствия пыли и газов в выпуклостях практически не происходит звездообразование. Распределение света описывается профилем Серсика.
Считается, что классические выпуклости возникают в результате столкновений более мелких структур. Гравитационные силы и вращающие моменты нарушают орбитальные траектории звезд, в результате чего возникают случайные орбиты в балдже. Если любая из галактик-прародителей была богата газом, приливные силы также могут вызывать приток к недавно объединенному ядру галактики. После крупного слияния газовые облака с большей вероятностью превратятся в звезды.
Изображение Мессье 81, галактики с классическим балджем. Спиральная структура заканчивается в начале выпуклости.
Доля галактик без балджей во Вселенной оставалась примерно постоянной, по крайней мере, в течение последних 8 миллиардов лет. Напротив, около двух третей галактик в плотных скоплениях галактик (таких как скопление Девы) действительно обладают классической выпуклостью, демонстрируя разрушительный эффект их скопления.
Дискообразные балджи
Многие балджи имеют свойства, более похожие на свойства центральных областей спиральных галактик, чем эллиптических галактик. Их часто называют псевдобалджами или дискообразными выпуклостями. В этих балджах есть звезды, которые не вращаются беспорядочно, а упорядоченно вращаются в той же плоскости, что и звезды внешнего диска. Это сильно контрастирует с эллиптическими галактиками.
Смотрите также: Астрономы обнаружили огромную популяцию черных дыр в звездном скоплении Palomar 5
Последующие исследования (с использованием космического телескопа Хаббл) показывают, что выпуклости многих галактик не лишены пыли, а скорее демонстрируют разнообразную и сложную структуру. Эта структура часто похожа на спиральную галактику, но намного меньше. Гигантские спиральные галактики обычно в 2–100 раз больше спиралей, которые существуют в балджах. Там, где они существуют, эти центральные спирали доминируют над светом выпуклости, в которой они находятся.
Изображение центральной области NGC 4314, галактики с кольцом звездообразования, получено космическим телескопом Хаббл.
Обычно скорость образования новых звезд в псевдобалджах аналогична скорости образования звезд в дисковых галактиках. Иногда выпуклости содержат ядерные кольца, которые образуют звезды с гораздо большей скоростью (на площадь), чем это обычно бывает во внешних дисках, как показано в NGC 4314 (см. фото).
Центральная компактная масса
Считается, что в большинстве балджей и псевдо-балджей находится центральная релятивистская компактная масса, которая традиционно считается сверхмассивной черной дырой. Такие черные дыры по определению нельзя наблюдать напрямую (свет не может покинуть их), но различные свидетельства указывают на их существование как в выпуклостях спиральных галактик, так и в центрах эллиптических галактик.
Массы черных дыр тесно коррелируют со свойствами балджа. Соотношение M – sigma связывает массу черной дыры с дисперсией скоростей звезд балджа, в то время как другие корреляции включают полную звездную массу или светимость балджа, концентрацию звезд в балдже, богатство системы шаровых скоплений, вращающихся на дальних окраинах галактики, и угол закручивания спиральных рукавов.
До недавнего времени считалось, что сверхмассивная черная дыра невозможна без окружающего ее балджа. В настоящее время наблюдаются галактики, содержащие сверхмассивные черные дыры без сопутствующих балджей. Подразумевается, что среда выпуклости не является строго необходимой для начального зарождения и роста массивных черных дыр.
В астрономия, а галактическая выпуклость (или просто выпуклость) представляет собой плотно упакованную группу звезды внутри более крупного звездообразования. Этот термин почти исключительно относится к центральной группе звезд, встречающейся в большинстве спиральные галактики (видеть галактический сфероид). Выпуклости исторически считались эллиптические галактики это случилось диск звезд вокруг них, но изображения с высоким разрешением с использованием Космический телескоп Хаббла показали, что в центре спиральной галактики лежит множество выпуклостей. Сейчас считается, что существует по крайней мере два типа балджей: балджи, похожие на эллиптические, и балджи, похожие на спиральные галактики.
Содержание
Классические выпуклости
Изображение Мессье 81, галактика с классическим балджем. Спиральная структура заканчивается в начале выпуклости.
Считается, что классические выпуклости возникают в результате столкновения более мелких структур. Конвульсивные гравитационные силы и вращающие моменты нарушают орбитальные траектории звезд, что приводит к случайным орбитам балджа. Если любая из галактик-прародителей была богата газом, приливные силы может также вызвать приток к недавно объединенному ядру галактики. После крупное слияние, газовые облака с большей вероятностью превратятся в звезды из-за потрясения (видеть звездообразованиеОдно исследование показало, что около 80% галактик в этой области не имеют классической выпуклости, что указывает на то, что они никогда не испытывали крупного слияния. [4] Галактическая часть Вселенной без выпуклости оставалась примерно постоянной, по крайней мере, последние 8 миллиардов лет. [5] Напротив, около двух третей галактик в плотной скопления галактик (такой как Скопление Девы) обладают классической выпуклостью, демонстрирующей разрушительный эффект их скученности. [4]
Дискообразные выпуклости
Многие балджи имеют свойства, более похожие на свойства центральных областей спиральных галактик, чем эллиптических галактик. [6] [7] [8] Их часто называют псевдобульги или же дисковые выпуклости. В этих балджах есть звезды, которые не вращаются беспорядочно, а скорее упорядоченно вращаются в той же плоскости, что и звезды внешнего диска. Это сильно контрастирует с эллиптическими галактиками.
Последующие исследования (с использованием Космический телескоп Хаббла) показывают, что балджи многих галактик не лишены пыли, а скорее имеют разнообразную и сложную структуру. [3] Эта структура часто выглядит как спиральная галактика, но намного меньше. Гигантские спиральные галактики обычно в 2–100 раз больше спиралей, которые существуют в балджах. Там, где они существуют, эти центральные спирали доминируют над светом выпуклости, в которой они находятся. Обычно скорость, с которой новые звезды образуются в псевдобулгиях, аналогична скорости, с которой звезды образуются в дисковых галактиках. Иногда выпуклости содержат ядерные кольца, которые образуют звезды с гораздо большей скоростью (на площадь), чем обычно на внешних дисках, как показано на NGC 4314 (Смотри фото).
Изображение центральной области космического телескопа Хаббла. NGC 4314, галактика с ядерным кольцом звездообразования.
Такие свойства, как спиральная структура и молодые звезды, предполагают, что некоторые выпуклости образовались не в результате того же процесса, который образовал эллиптические галактики и классические выпуклости. Однако теории образования псевдобулджей менее надежны, чем теории классических выпуклостей. Псевдобулджи могут быть результатом чрезвычайно богатых газом слияний, которые произошли совсем недавно, чем те слияния, которые сформировали классические выпуклости (в течение последних 5 миллиардов лет). Однако дискам сложно пережить процесс слияния, что ставит под сомнение этот сценарий.
Многие астрономы предполагают, что выпуклости, похожие на диски, образуются вне диска, а не являются продуктом процесса слияния. Если оставить их в покое, дисковые галактики могут перегруппировать свои звезды и газ (в ответ на нестабильность). В таких галактиках часто наблюдаются продукты этого процесса (называемого вековой эволюцией); обе спиральные диски и галактические бары может возникнуть в результате вековой эволюции дисков галактик. Ожидается, что вековая эволюция также отправит газ и звезды в центр галактики. Если это произойдет, это увеличит плотность в центре галактики и, таким образом, создаст выпуклость, которая имеет свойства, аналогичные свойствам дисковых галактик.
Если вековая эволюция или медленная, устойчивая эволюция галактики, [9] отвечает за образование значительного количества балджей, то есть многие галактики не испытали слияния с момента образования своего диска. Тогда это будет означать, что текущие теории формирование и эволюция галактик значительно переоценить количество слияний за последние несколько миллиардов лет. [3] [4] [5]
Центральная компактная масса
В ESO 495-21 может находиться сверхмассивная черная дыра, что необычно для галактики такого размера. [10]
Считается, что большинство балджей и псевдо-балджей содержат центральную релятивистскую компактную массу, которая традиционно считается огромная черная дыра. Такие черные дыры по определению нельзя наблюдать напрямую (свет не может выйти из них), но различные свидетельства указывают на их существование как в выпуклостях спиральных галактик, так и в центрах эллиптических галактик. Массы черных дыр тесно коррелируют со свойствами балджа. Отношение M – сигма связывает массу черной дыры с дисперсией скоростей звезд с балджем, [11] [12] в то время как другие корреляции связаны с полной звездной массой или светимостью балджа, [13] [14] [15] центральная концентрация звезд в балдже, [16] богатство шаровое скопление система, вращающаяся на дальних окраинах галактики, [17] [18] и угол намотки спиральных рукавов. [19]
До недавнего времени считалось, что сверхмассивная черная дыра невозможна без окружающего ее балджа. Сейчас наблюдаются галактики, в которых находятся сверхмассивные черные дыры без сопутствующих балджей. [4] [20] [21] Подразумевается, что среда выпуклости не является строго необходимой для начального зарождения и роста массивных черных дыр.
Как устроена галактика: ядро, балдж, гало, звездный диск.
Спиральный галактики (к которым относится и наша галактика Млечный путь) имеют схожее внутреннее строение.
Типичная спиральная галактика состоит из трех основных частей:
Ядро расположено в центре галактики, область вокруг ядра называется гало, а само гало уже окружено массой звезд называемых звездным диском.
Галактическое ядро
Галактическое ядро представляет собой очень малую по сравнению с размерами всей галактики область, однако именно здесь располагается центр притяжения всей галактики – обычно сверхмассивная черная дыра, обладающая невероятно большой массой (для Млечного пути расчетный “вес” такой черной дыры составил вес около трех миллионов масс Солнца!).
Галактическое гало
Галактическое гало – гигантское сферообразное “звездное облако” или “звездная сфера” сконцентрированное вокруг галактического ядра. Фактически границы нашей Галактики определяются именно размерами гало. Радиус гало значительно больше размеров звездного диска галактики и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч световых лет.
Состоит гало в основном из очень старых, неярких мало массивных звёзд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут включать в себя более миллиона звёзд. Возраст населения сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд. лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики.
Характерной особенностью звёзд гало является чрезвычайно малая доля в них тяжёлых химических элементов. Звёзды, образующие шаровые скопления, содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.
Звёзды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж (в переводе с английского “утолщение”).
Звёзды и звёздные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Из-за того, что вращение отдельных звёзд происходит почти беспорядочно (т. е. скорости соседних звёзд могут иметь самые различные направления), гало в целом вращается очень медленно.
Балдж
Внутренняя, ближняя к ядру и самая плотная часть гало называется балдж (англ. bulge – “вздутие”). Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся внутри балджа Галактики, то на небе были бы видны не привычные взгляду “звездные точки”, а сразу несколько десятков звезд, по яркости сопоставимых с нашей Луной.
Однако Солнце расположено достаточно далеко от ядра Галактики – на расстоянии около 26 000 световых лет. Поэтому, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 8 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. Центр Галактики находится в направлении созвездия Стрельца.
Звездный диск
Звездный диск (на самом деле правильнее говорить про звездный диск и газопылевой диск, но мы упростим) – самая крупная и массивная область галактики простирающаяся на сотни и тысячи световых лет от центра. Приблизительная масса звездного диска Млечного пути равна 150 млрд. масс Солнца. В отличие от центральной части галактики, имеющей сферическую форму, звездный диск больше напоминает две тарелки сложенные вместе – то есть почти плоский в поперечнике и все более истончающийся от центра к краю.
“Население” звездного диска очень сильно отличается от населения гало. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звёзды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звёзд.
Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он распределён неравномерно, образуя многочисленные газовые облака — от гигантских неоднородных по структуре сверх облаков протяжённостью несколько тысяч световых лет до маленьких облачков размерами не больше парсека.
Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Приблизительно на 1/4 она состоит из гелия. По сравнению с этими двумя элементами остальные присутствуют в очень небольших количествах. В среднем химический состав звёзд и газа в диске почти такой же, как у Солнца.
Спиральные рукава
Одним из наиболее заметных образований в звездных дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов – спиральные галактики. Спиральная структура в нашей Галактике очень хорошо развита. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звёзды, многие рассеянные звёздные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков меж звёздного газа, в которых продолжают образовываться звёзды.
В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звёзд, в них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых. В отличие от гало, где какие-либо проявления звёздной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвёздного пространства в звёзды и обратно. Галактическое магнитное поле, пронизывающее весь газовый диск, также сосредоточено главным образом в спиралях.
Спиральные рукава Млечного Пути в значительной степени скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвёздного водорода, концентрирующегося вдоль Длинных спиралей.
По современным представлениям, спиральные Рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звёзд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры не вполне ясны. Над этой проблемой работают многие астрофизики.
Полные размеры нашей Галактики составляют: 30 килопарсек (100 000 световых лет) в диаметре, и 1000 световых лет в толщину. Иными словами, при взгляде “сбоку”, галактика имеет форму линзы.
Её галактический диск вращается вокруг оси по часовой стрелке, если смотреть на Галактику сверху со стороны ее “северного полюса”, находящегося в созвездии Волосы Вероники.
Галактика имеет хорошо выраженную спиральную структуру. Спирали представляют собой волны плотности, распространяющиеся в сторону вращения диска Галактики с постоянной угловой скоростью.
Образование в галактике звезд I и II поколения
Галактика Млечный путь (впрочем и другие спиральные галактики) образовалась из медленно вращавшегося газового облака, по своим размерам превосходившего ее в десятки раз.
Первоначально это газовое облако состояло из смеси 75% водорода и 25% гелия и почти не содержало тяжелых элементов. В течение примерно миллиарда лет это облако свободно сжималось под действием сил гравитации. Этот коллапс неизбежно привел к фрагментации и началу процесса звездообразования.
Сначала газа было много, и он находился на больших расстояниях от плоскости вращения. Возникли звезды первого поколения, в том числе и весьма массивные, а также шаровые скопления. Их современное пространственное распределение соответствует первоначальному распределению газа, близкому к сферическому.
Наиболее массивные звезды первого поколения быстро проэволюционировали и обогатили межзвездную среду тяжелыми элементами, главным образом за счет вспышек сверхновых. Та часть газа, которая не превратилась в звезды, продолжала свой процесс сжатия к центру Галактики. Из-за сохранения момента количества движения, ее вращение становилось быстрее, образовался диск, и, в нем снова начался процесс звездообразования.
Это второе поколение звезд оказалось богатым тяжелыми элементами. Оставшийся газ сжался в более тонкий слой, так возникла плоская составляющая – основная арена современного звездообразования. Разумеется, выделения двух или трех поколений звезд весьма условно: скорее всего, звездообразование было единым непрерывным процессом, хотя в нем и возможны были отдельные этапы замедления.
Тем не менее, общее правило верно: к галактическому диску относятся звезды ранних спектральных классов О и В, т.е. молодые звезды. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики, старые звезды. Их возраст составляет порядка 10 – 12 миллиардов лет.
Почему с Земли не видно ярко сияющий центр нашей галактики?
Почти все молекулярное вещество межзвездной среды (облака пыли и газа) находится на расстоянии до 3-7 килопарсек от центра, поэтому и видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи (к счастью мы можем наблюдать эти области в инфракрасном диапазоне).
Эволюция спиральных галактик: от Большого взрыва до наших дней
Место Солнечной системы в галактике Млечный путь
Наше Солнце в галактике Млечный путь расположено между спиральными рукавами Стрельца и Персея. Солнце (а вместе с ним и вся солнечная система) движется со скоростью около 220 км/с, и делает полный оборот вокруг центра Галактики за 200 миллионов лет. Всего за время своего существования (4,5 млрд.лет) Солнце облетело Галактику примерно 30 раз.
Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движутся спиральные рукава галактики. Такая зона внутри галактики, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают, называется коротационной окружностью и является расчетной “зоной жизни”, т.е. если и есть внутри галактики благоприятные “тихие гавани”, где может развиться жизнь, то это именно коротационная окружность.
Читайте также: