Фактары, якія ўплываюць на форму галактык
Галактыкі — гэта гіганцкія «гарады» ў Сусвеце, якія ўтрымліваюць ад мільярдаў да трыльёнаў зорак, газу, міжзоркавага пылу і нябачнай цёмнай матэрыі, якая аказвае магутны ўплыў праз гравітацыю. Калі мы паглядзім на фатаграфіі галактык, мы ўбачым, што яны маюць разнастайную форму: некаторыя з іх — прыгожа скручаныя дыскі (спіралі), іншыя выглядаюць круглымі або авальнымі без выразнай структуры рукавоў (эліптычныя), а трэція выглядаюць «бруднымі» (няправільнымі). Пытанне ў тым, чаму галактыкі маюць такую розную форму? Адказ крыецца ў спалучэнні фактараў касмічнай фізікі, якія дзейнічаюць на працягу мільярдаў гадоў. Вось асноўныя фактары, якія ўплываюць на форму галактык.
1. Гравітацыя і агульная маса
Гравітацыя — галоўны «архітэктар» галактык. Агульная маса — сукупная маса зорак, газу, пылу і цёмнай матэрыі — вызначае, наколькі моцна галактыка можа звязваць свае кампаненты. Вельмі масіўныя галактыкі, як правіла, маюць моцную гравітацыю, што робіць іх унутраную структуру больш стабільнай, але яны таксама больш успрымальныя да буйных падзей, такіх як зліцці з іншымі галактыкамі.
Маса таксама ўплывае на шчыльнасць рэчыва. Калі рэчыва сканцэнтравана ў цэнтры, галактыка можа мець выразна выяўленую цэнтральную выпукласць. І наадварот, калі маса размеркавана пераважна ў дыску, спіральная галактыка можа выглядаць «тонкай» з выразна выяўленымі рукавамі.
2. Цёмная матэрыя і форма гало
Большая частка масы галактыкі насамрэч утрымліваецца ўнутры гало цёмнай матэрыі, якое яе акружае. Нягледзячы на тое, што цёмная матэрыя не выпраменьвае святла, яна ўтварае «гравітацыйны каркас», які кіруе эвалюцыяй галактыкі. Форма і канцэнтрацыя гало цёмнай матэрыі ўплываюць на:
– Хуткасць кручэння зорак і газу на рознай адлегласці ад цэнтра.
– Стабільнасць галактычнага дыска (ці лёгка ён утварае спіральныя рукавы, ці лёгка парушаецца).
– Магчымасць наяўнасці бара (барнай структуры) у цэнтры галактыкі.
Калі гало цёмнай матэрыі «таўсцейшае» або больш асіметрычнае, галактыка можа лягчэй скажацца пры ўзаемадзеянні са сваімі касмічнымі суседзямі.
3. Імпульс імпульсу і кручэнне
Адно з найважнейшых адрозненняў паміж спіральнымі і эліптычнымі галактыкамі — гэта кручэнне. Калі гіганцкія газавыя аблокі ў раннім Сусвеце сціскаліся пад уздзеяннем гравітацыі, яны амаль заўсёды мелі нязначнае кручэнне (вуглавы момант). Гэта кручэнне паскаралася па меры сціскання воблака — падобна таму, як канькабежец падцягвае рукі, каб хутчэй круціцца.
– Спіральныя галактыкі звычайна маюць моцнае кручэнне, таму рэчыва ўтварае дыскавую структуру.
– Эліптычныя галактыкі, як правіла, характарызуюцца выпадковым рухам зорак, а не рэгулярным кручэннем, таму іх форма больш «выпуклая», як шар або авал.
Велічыня вуглавога моманту і тое, як ён «размяркоўваецца» паміж кампанентамі галактыкі, з'яўляюцца ключавымі фактарамі ў вызначэнні таго, ці будзе галактыка правільнай спіральнай ці больш гладкай эліптычнай.
4. Змест газу і актыўнасць зоркаўтварэння
Газ з'яўляецца сыравінай для ўтварэння зорак. Галактыкі, багатыя газам, звычайна актыўна ўтвараюць зоркі і часта маюць выразна выражаныя дыскавыя структуры і спіральныя рукавы. Спіральныя рукавы — гэта не проста «зорныя паласы», а хутчэй вобласці хваль сціску, якія сціскаюць газ, падсілкоўваючы нараджэнне новых зорак.
Наадварот, галактыкі з нізкім утрыманнем газу, як правіла, «старэйшыя» і больш пасіўныя — утварэнне зорак у іх запаволілася або спынілася. Шмат эліптычных галактык трапляюць у гэтую катэгорыю; у іх пераважаюць старыя, чырванаватыя зоркі, і ім не хапае халоднага газу для ўтварэння прыкметных спіральных рукавоў.
5. Сутыкненні і зліцці галактык
Міжгалактычныя ўзаемадзеянні — гэта драматычны фактар, які часта істотна змяняе форму галактык. У Сусвеце галактыкі рэдка існуюць паасобку; многія з іх існуюць у скопішчах або групах, што робіць верагоднасць сустрэчы з імі даволі высокай.
– Вялікія зліцці (дзве галактыкі параўнальнага памеру) могуць разбурыць структуру спіральнага дыска і стварыць эліптычныя галактыкі. Гэтыя сутыкненні парушаюць арбіты зорак, змяняючы іх рэгулярнае кручэнне на хаатычны рух.
– Невялікія зліцці (вялікія галактыкі «паглынаюць» малыя галактыкі) могуць патаўшчаць дыск, утвараць зорныя гало або справакаваць утварэнне перамычак і кольцаў.
Прыкметамі зліцця галактык з'яўляюцца прыліўныя хвасты, асіметрычныя формы або выцягнутыя патокі зорак.
6. Касмічнае асяроддзе: кластары, групы і палі
Асяроддзе, у якім жыве галактыка, істотна вызначае яе форму. Галактыкі ў шчыльных скопішчах часта адчуваюць ціск гарачага міжгалактычнага газу (унутрыскопнага асяроддзя). Такія працэсы, як адрыў пад уздзеяннем наземнага ціску, могуць «адцягваць» газ ад хуткарухомых галактык унутры скопішча, пазбаўляючы іх сыравіны для ўтварэння зорак. У выніку галактыкі могуць ператварацца з актыўных блакітных спіральных у больш пасіўныя, якія, як правіла, маюць больш гладкі выгляд.
Тым часам галактыкі ў больш спакойных (палявых) рэгіёнах, як правіла, даўжэй захоўваюць свой газ і часцей застаюцца спіральнымі. Паколькі знешніх парушэнняў менш, дыскавая структура можа захоўвацца мільярды гадоў.
7. Зваротная сувязь ад звышновых і звышмасіўных чорных дзірак
У цэнтры многіх галактык знаходзіцца звышмасіўная чорная дзірка. Калі яна «сілкуецца» газам, галактычная ядзерная актыўнасць (ГЯА) можа вызваляць велізарную колькасць энергіі ў выглядзе выпраменьвання і струменяў часціц. Гэтая энергія можа награваць або выкідваць газ, падаўляючы зоркаўтварэнне. Падобная з'ява адбываецца ў меншым маштабе праз звышновыя — выбухі масіўных зорак, якія ўводзяць энергію ў міжзоркавае асяроддзе.
Гэтая зваротная сувязь ускосна ўплывае на форму галактыкі: па меры выцяснення або награвання газу дыск можа стаць менш «пышным», таму спіральныя рукавы нібы слабеюць, і галактыка павольна рухаецца да больш пасіўнай фазы.
8. Унутраная нестабільнасць: стрыжні, кольцы і патаўшчэнне дыска
На форму галактык уплываюць не толькі знешнія фактары. Унутры галактыкі могуць адчуваць гравітацыйную нестабільнасць, якая стварае адметныя структуры:
– Перамычкі: многія спіральныя галактыкі маюць цэнтральную структуру ў выглядзе перамычкі. Перамычкі могуць «перацякаць» газ да цэнтра, запускаючы зоркаўтварэнне або падсілкоўваючы звышмасіўную чорную дзірку.
– Кольцы: утвараюцца з-за вярчальнага рэзанансу або гравітацыйнага ўзаемадзеяння.
– Патаўшчэнне дыска: можа адбывацца з-за паўторных невялікіх парушэнняў або дынамічнага нагрэву, з-за чаго галактыка выглядае «таўсцейшай» пры поглядзе збоку.
Гэтыя нестабільнасці змяняюць знешні выгляд галактык з цягам часу, нават без буйных сутыкненняў.
9. Гісторыя ўтварэння і ўзрост галактык
Форма галактыкі — гэта «запіс» яе гісторыі. Галактыкі, якія хутка ўтварыліся, зведалі шмат ранніх зліццяў або рана страцілі газ, часцей развіваюцца ў эліптычныя. І наадварот, галактыкі, якія раслі павольней і падтрымлівалі стабільны прыток газу, часцей становяцца спіральнымі. Узрост зорнага насельніцтва таксама з'яўляецца падказкай: спіральныя часта ўяўляюць сабой сумесь маладых і старых зорак, у той час як эліптычныя пераважаюць старыя зоркі.
Выснова
Форма галактыкі — гэта не загадзя вызначаны «лёс», а хутчэй вынік працяглай эвалюцыі, на якую ўплываюць гравітацыя, кручэнне, утрыманне газу, цёмная матэрыя, узаемадзеянне з іншымі галактыкамі і нават умовы касмічнага асяроддзя. Вытанчаныя спіральныя галактыкі, гладкія эліптычныя і хаатычныя няправільныя галактыкі — усё гэта варыяцыі аднаго і таго ж фізічнага працэсу, якія адрозніваюцца толькі сваімі гістарычнымі траекторыямі. Разуменне гэтых фактараў дапамагае нам бачыць галактыкі не проста як прыгожыя аб'екты на небе, а як дынамічныя сістэмы, якія пастаянна змяняюцца, растуць і адаптуюцца на грандыёзнай сцэне Сусвету.
