В 1845 году английский астроном лорд Росс обнаружил целый класс «спиральных туманностей». Природа этих туманностей была установлена лишь в начале XX века. Было доказано, что спиральные туманности – это огромные звездные системы, похожие на нашу Галактику и удаленные от нее на миллионы световых лет. С тех пор их и стали называть галактиками.
Спиральные галактики по внешнему виду напоминают две сложенные вместе тарелки или двояковыпуклую линзу. В них имеется как гало, так и массивный звездный диск. Центральная часть диска, которая видна как вздутие, называется балджем. Темная полоса, идущая вдоль диска – непрозрачный слой межзвездной среды, межзвездная пыль.
Обозначают спиральные галактики буквой S. Их различают по степени своей спиральной структуры добавлением к символу S букв a, b, c. Sa – спиральная галактика с мало развитой спиральной структурой и с мощным ядром. Sc – галактика с малым ядром и с сильно развитыми спиральными ветвями. Наша Галактика принадлежит к промежуточному типу Sb. У некоторых спиральных систем в центральной части имеется звездная перемычка – бар. В этом случае к их обозначению после буквы S добавляется B.
Плоская дискообразная форма объясняется вращением. Существует гипотеза, что во время образования галактики центробежные силы препятствуют сжатию протогалактического облака в направлении, перпендикулярном оси вращения. Газ концентрируется в некоторой плоскости – так образовались диски галактик.
Характер движения звезд и газа в галактиках не одинаков: газ вращается быстрее, чем старые звезды. Если характерные скорости вращения газа в галактиках составляют 150–500 км/с, то старые звезды гало всегда вращаются медленнее. Балджи спиральных галактик, состоящие из старых звезд, вращаются в 2–3 раза медленнее, чем диски.
Миллиарды звезд, двигающихся по всевозможным орбитам в галактике, можно рассматривать как совокупность частиц, образующих своего рода звездный газ. Его свойства во многом близки к свойствам обычного газа, к нему приложимы такие понятия, как плотность, концентрация частиц, давление и даже температура: аналогом температуры обычного газа здесь является средняя энергия неупорядоченного движения звезд.
Во вращающемся диске, образуемом звездным газом, могут даже распространяться спиральные волны плотности сжатия-разрежения, наподобие звуковых волн. Они обегают галактику за несколько сотен миллионов лет с постоянной угловой скоростью. Именно эти волны ответственны за появление спиральных ветвей. При сжатии газа начинается образование холодных газовых облаков и их комплексов, активное звездообразование.
Звездный газ в эллиптических галактиках и в гало является динамически «горячим»: звезды там быстро движутся по всевозможным направлениям, так что среднее различие между скоростями пространственно близких звезд (дисперсия скоростей) составляет сотни километров в секунду. Для звездного газа плоской составляющей галактических дисков дисперсия скоростей обычно 10–50 км/с, и звездный газ более «холодный». Предполагают, что причина этого различия в том, что более десяти миллиардов лет назад, когда галактики только формировались, первыми образовались именно сферические компоненты галактик.
Спиральные волны – это волны плотности, бегущие по вращающемуся диску. Поэтому почти все звезды диска то попадают внутрь спиральных ветвей, то выходят из них. Единственное место, где скорости звезд и рукавов совпадают, – это коротационная окружность. Именно вблизи нее в нашей Галактике и располагается наше Солнце. Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно: наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияния галактических катаклизмов.
