WikiSort.ru - Космос

Морфологическая классификация галактик — система разделения галактик на группы по визуальным признакам, используемая в астрономии. Существует несколько схем разделения галактик на морфологические типы. Наиболее известная была предложена Эдвином Хабблом и впоследствии развита Жераром де Вокулером и Аланом Сендиджем.

Ранние попытки классификации

Попытки классифицировать галактики начались одновременно с обнаружением первых туманностей со спиральным узором лордом Россом в 1845-50 гг. Впрочем, в то время господствовала теория, согласно которой все туманности принадлежат нашей Галактике. То, что ряд туманностей имеет негалактическую природу, было доказано лишь Э.Хабблом в 1924 году. Таким образом, галактики классифицировали также, как и галактические туманности.

В ранних фотографических обзорах доминировали спиральные туманности, что позволило выделить их в отдельный класс. В 1888 году А. Робертс выполнил глубокий обзор неба, в результате которого было обнаружено много эллиптических бесструктурных и очень вытянутых веретенообразных туманностей. В 1918 году Г. Д. Кёртис выделил в отдельную группу спирали с перемычкой и кольцеобразной структурой в отдельную Φ-группу. Кроме того, он интерпретировал веретенообразные туманности как спирали, видимые с ребра.

Гарвардская классификация

Используемые ранее классификации были мало пригодны для статистических исследований. В основном это было связано с трудностями выявления деталей в изображениях слабых галактик. Кроме того, основным рабочим инструментом Гарвардской обсерватории был 24-дюймовый (≈61 см) рефрактор, на котором сложно было получить хорошо детализированные изображения галактик. Дабы решить эту проблему Х. Шепли в 1927 году предложил новую классификацию, в которой попытался учесть возникающие трудности с классификацией слабых галактик^[1].

Все галактики в гарвардской классификации были разделены на 5 классов:

• Класс A — галактики ярче 12^m
• Класс B — галактики от 12^m до 14^m
• Класс С — галактики от 14^m до 16^m
• Класс D — галактики от 16^m до 18^m
• Класс E — галактики от 18^m до 20^m

Более тусклые галактики были не доступны для наблюдений в Гарвардской обсерватории, но при необходимости система могла быть расширена дальше.

Внутри каждого класса галактики описывались двумя параметрами: концентрацией и эллиптичностью. Всего было введено 10 градаций эллиптичности в соответствии с формулой ${\displaystyle 10{\frac {b}{a}}}$ , где a и b — большая и малая полуоси эллипса, в который вписывают форму галактики. Полученное значение округляли до целого. Таким образом, «круглая» галактика получала индекс эллиптичности 10, а веретенообразная — 1. Для концентрации было введено 6 градаций, обозначавшихся строчными латинскими буквами a, b, c, d, e, f в порядке возрастания степени концентрации к центру. Если возможно, то степень концентрации измерялась фотометрически, в противном случае — «на глазок».

Если в галактиках была видна спиральная структура, то в классификации таким галактикам добавлялся индекс s. Нерегулярность формы или концентрации отмечалась индексом i.

Таким образом, галактика Df2 — тусклая галактика в диапазоне 16-18^m, сильно концентрирована к центру и сильно вытянута, sAb9 — почти круглая, яркая спиральная галактика с равномерной поверхностной яркостью.

Число объектов, не попадающих в данную классификацию, на момент её создания было невелико. Для них выделялась возможность отдельного описания.

Приведенную систему некоторое время активно использовали в Гарвардской обсерватории, однако она была вытеснена более удачной классификацией Хаббла.

Последовательность Хаббла

Последовательность Хаббла — это морфологическая классификация, предложенная Эдвином Хабблом в 1926 году^[2] и модифицированная им же в 1936 году, известная под названием Камертон Хаббла, поскольку традиционная иллюстрация этой последовательности имеет сходство с этим инструментом.

В своей классификации Хаббл разделил все галактики на 3 обширных класса, основываясь на их внешнем виде на фотографических пластинках, экспонированных в синем фильтре (В).

• Эллиптические галактики имеют гладкую эллиптическую форму (от сильно сплющенных до почти круглых) без отличительных деталей с равномерным уменьшением яркости от центра к периферии. Они обозначаются буквой E и цифрой, которая является индексом сплющенности галактики. Так, круглая галактика будет иметь обозначение E0, а галактика, у которой одна из больших полуосей вдвое больше другой, E5. Значения «индекса сплющенности» вычисляется по формуле ${\displaystyle 10\times \left(1-{\frac {b}{a}}\right)}$ , где a и b — большая и малая полуоси видимого эллипса. Форма наиболее сплющенных (E7) заметно отличается от эллипса. Эллиптические галактики состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа.

• Спиральные галактики состоят из уплощенного диска из звезд и газа, в центре которого находится сферическое уплотнение, называемое балджем, а также обширного сферического гало. В плоскости диска формируются яркие спиральные рукава, состоящие преимущественно из молодых звезд, газа и пыли. Хаббл разделил все известные спиральные галактики на нормальные спирали (обозначаются символом S) и спирали с баром (SB), которые в отечественной литературе часто называют галактиками с перемычкой или пересеченными. В нормальных спиралях спиральные ветви тангенциально отходят от центрального яркого ядра и простираются на протяжении одного оборота. Число ветвей может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями. В пересеченных галактиках спиральные ветви отходят под прямым углом от концов бара. Среди них тоже встречаются галактики с числом ветвей, не равным двум, но, в основной массе, пересеченные галактики обладают двумя спиральными ветвями. В зависимости от того, являются ли спиральные рукава плотно закрученными или клочковатыми, или же по соотношению размеров ядра и балджа, добавляют символы a, b или c. Так для галактик Sa характерен большой балдж и туго закрученная регулярная структура, а для галактик Sc — небольшой балдж и клочковатая спиральная структура. К подклассу Sb относят галактики, которые по какой-либо причине нельзя отнести к одному из крайних подклассов: Sa или Sc. Так, галактика M81 обладает большим балджем и клочковатой спиральной структурой.

• Неправильные или иррегулярные галактики — галактика, лишенная как вращательной симметрии, так и значительного ядра. Характерным представителем неправильных галактик являются Магеллановы облака. Бытовал даже термин «магеллановы туманности». Неправильные галактики отличаются разнообразием форм, обычно небольшими размерами и обилием газа, пыли и молодых звёзд. Обозначаются — I. В силу того, что форма неправильных галактик твёрдо не определена, как неправильные галактики часто классифицировали пекулярные галактики.

Галактики, слишком тусклые, чтобы их можно было классифицировать, Хаббл обозначил символом Q.

В 1936 году был добавлен класс линзовидных галактик, которые имеют то же строение, что и спиральные, но в них отсутствует спиральная структура. Обозначаются S0. Если линзовидную галактику видно сбоку, то она отличается от эллиптической более сильным сжатием и наличием тёмного пылевого слоя^[3].

Пересмотренная последовательность Хаббла

Начиная с 1935 и до самой смерти в 1953 году Хаббл трудился над улучшением своей системы. Дело Хаббла продолжил его коллега А. Сендидж, который в 1961 году закончил пересмотр последовательности Хаббла^[4]. Основные новшества обновленной последовательности Хаббла:

• Добавлен класс линзовидных галактик (S0 и SB0) — переходной класс от эллиптических к спиральным. Они характеризуются наличием яркого, хорошо выделяющегося ядра и более-менее однородного диска, или линзы, с резкой границей, погружённые в диффузную оболочку, прослеживающуюся далеко за границы диска. Спиральных ветвей нет.

Галактики S0 делят на два типа:

• • S0(1) — не имеющие структуры в диске и оболочке (NGC 1201, NGC 1332);
  • S0(2) — имеющие зачаточную структуру в оболочке в форме темных областей и колец. При виде сбоку кольца видны как петли, что придает этим галактикам сходство с Сатурном (NGC 4459, NGC 4111).

Кроме того выделяется переходный класс S0/a. У галактик такого класса в оболочке наблюдают зарождающуюся спиральную структуру.

В галактиках SB0 виден бар, пересекающий линзу; иногда широкий и неясный, иногда узкий и резкий. В оболочке может сформироваться кольцо. Хаббл разделил эти галактики на 3 группы:

• • SB0 (1) — яркие линзы с широким и неясным баром, окруженные большой, тусклой, бесструктурной оболочкой (NGC 3384, NGC 4203);
  • SB0 (2) — слабый широкий бар и одно кольцо в оболочке (NGC 2859);
  • SB0 (3) — хорошо видимый бар и кольца (NGC 4653, NGC 5101).
• Многие из галактик, ранее классифицированные как SBa, были перенесены в класс SB0. Определение класса SBa стало более строгим: галактики этого класса обладают гладким баром и линзой и слабо развитыми туго смотанными спиральными рукавами.
• Произведено разделение пересеченных спиралей на группы (в группы вошли галактики классов SBa и SBb):
  • Рукава галактик начинаются от края кольца, пересеченного баром (NGC 2217 (SBa), NGC 5950 (SBb));
  • Рукава галактик начинаются на концах баров (NGC 4290 (SBa), NGC 6951 (SBb));
• Сендидж также разделил на группы обыкновенные спирали:
  • галактики, у которых спиральные рукава начинаются на внешнем краю кольца;
  • галактики, у которых спиральные рукава начинаются из ядра.
• Для спиральных галактик низкой поверхностной яркости со сложной, клочковатой структурой и слабо выраженным ядром введены обозначения Sd и SBd для обыкновенных и пересеченных соответственно. Для неправильных галактик, в которых удалось выявить подобие спиральной структуры, ввели обозначение Sm.
• Введен класс карликовых эллиптических галактик (dE), открытых Шепли в 1938 году^[5] в созвездиях Скульптор и Печь. Эти галактики обладают всеми морфологическими свойствами обычных эллиптических галактик, кроме их крайне низкой поверхностной яркости.

В целом, последовательность Хаббла охватывает большое многообразие галактик: от эллиптических, в которых нет газа и пыли, нет звездообразования и главная составляющая — старые звезды, через линзовидные и спиральные галактики, в которых по мере разрушения структуры увеличивается доля газа, пыли и молодых звезд, к неправильным галактикам, в которых поддерживается высокий темп звездообразования за счет большого числа пыли. Сам Хаббл считал эту последовательность эволюционной, что не нашло подтверждения в дальнейшем.

На сегодняшний день последовательность Хаббла наиболее востребована для классификации галактик как профессионалами, так и любителями астрономии.

Система де Вокулёра

Система де Вокулёра — это широко употребимое расширение системы Хаббла, предложенная де Вокулёром в 1959 году.^[6][7]

Основываясь на работах по исследованию галактик южного неба, проведенных в обсерватории Маунт Стромло, Ж. де Вокулёр попытался более основательно переработать классификацию Хаббла. В своей работе он довольно тесно взаимодействовал с А. Сендиджем, что, вполне естественно, привело к тому, что их решения местами совпадают. Основным недостатком классификации Хаббла де Вокулёр считал то, что разделение спиральных галактик на обладающих и не обладающих баром недостаточно хорошо отражает существующий диапазон морфологических особенностей спиралей. В частности де Вокулёр указывал на такие структурные особенности спиральных галактик, как кольца и балджи.

В основе своей системы де Вокулёр сохранил хаббловское разделение галактик на эллиптические, линзовидные, спиральные и неправильные. Классификация эллиптических галактик не претерпела изменений. Основные изменения затронули классификацию спиральных, и в меньшей степени линзовидных и неправильных галактик.

В результате накопления достаточно большой статистики оказалось, что галактик с баром примерно столько же, сколько галактик без бара. Поэтому, называть галактики без бара нормальными (англ. normal spirals) не совсем корректно. Де Вокулёр стал называть их простыми (англ. ordinary spirals) и обозначил SA, в то время как спиральные галактики с баром (англ. barred spirals) сохранили своё обозначение SB. Таким образом простые спирали стали не более нормальными, чем спирали с барами. Галактики, обладающие свойствами как SA, так и SB, отнесены к переходному классу SAB. Те спиральные галактики, которые невозможно точно классифицировать (в силу плохого разрешения, сильного наклона к лучу зрения и др.) обозначены просто S.

Такие же изменения постигли линзовидные галактики: галактики без бара получили обозначение SA0, галактики с баром — SB0, переходный тип — SAB0. Обозначение S0 осталось за галактиками, которые не удалось классифицировать.

Указанные семейства спиральных и линзовидных галактик обладают в той или иной форме структурой, которая по де Вокулёру может принимать спиральный или кольцеобразный вид (кольцо вокруг центра галактики, от которого отходят спиральные ветви). Кольцеобразные разновидности галактик получили индекс (r), а спиральные (s). Для переходных разновидностей вводилось обозначение (rs). В кольцеобразных галактиках кольца могут быть внутренние и внешние. Для внешних колец вводился индекс (R).

Итого, для спиральных галактик получаем 9 классов:

• SAB(s) — галактики с небольшим, ярким, удлиненным ядром, пересеченным тусклой, закрученной темной линией в центре тусклого, слабо выраженного бара, который отмечает большую полуось вытянутого балджа с четкой спиральной структурой, зачастую направленной параллельно бару. Два главных спиральных рукава начинаются от концов бара и продолжаются на один и более оборотов, стремясь слиться во внешнее кольцо (R). Примеры: NGC 1566, NGC 5236 (M 83), NGC 7392.
• SB(s) — классические пересеченные спирали с маленькими, очень ярким и удлиненным ядром, искаженным сильной, закрученной темной линией, тянущейся от одного до другого конца яркого узкого бара, образующего большую полуось балджа. Два главных спиральных рукава начинаются на концах бара и отходят от него строго под прямым углом и после одного оборота образуют тусклую кольцевую структуру. Примеры: NGC 1097, NGC 1300, NGC 1359, NGC 7741.
• SB(rs) — галактики с маленькими, очень ярким и удлиненным ядром, искаженным сильной, закрученной темной линией, как и в SB(s), в ярком узком баре, образующего большую полуось балджа, с очень ярким краем, в особенности вблизи бара. Такую структуру можно проиллюстрировать с помощью строки «(-о-)». От концов бара отходит две главные спиральные ветви, а от кольца могут начинаться еще несколько дополнительных. Примеры: NGC 4548, NGC 4593, NGC 7124.
• SB(r) — галактики с довольно большим удлиненным ядром со слабой закрученной темной линией в сильном и узком баре, образующем большую полуось эллиптического балджа с ярким краем. Два главных спиральных рукава начинаются тангенциально на краю балджа вблизи оконечностей баров. Обычно присутствует один или два слабых спиральных рукава, начинающихся от края балджа вблизи точек его пересечения с малой полуосью. В ранних спиралях главные оси имеют тенденцию к образованию большого кольца (R). Примеры: NGC 1433, NGC 3185, NGC 3351, NGC 2523.
• SAB(r) — галактики с небольшим, слабо вытянутым ядром, расположенном в широком и тусклом баре, обозначающем большую полуось слегка вытянутого кольца, от которого отходят несколько спиральных ветвей. Главные рукава имеют тенденцию закручиваться внутрь. Примеры: NGC 1832, NGC 7531, NGC 6744, NGC 6902.
• SAB (rs) — самый смешанный тип галактик, в котором пересеклись все морфологические признаки, которые могут комбинироваться множеством различных способов. Основные характеристики — небольшое ядро в широком диффузном баре со слабо выраженной спиральной структурой в балдже. Бар пересекает близкое к окружности или, даже, гексагональное псеводкольцо, сформированное внутренними частями спиральных ветвей. Примеры: NGC 4303 (M61), NGC 3145, NGC 6814, NGC 5457 (M101), NGC 6946.
• SA (r) — галактики с маленьким, четким, очень ярким ядром, расположенном в центре кольца, на внешней границе которого появляются туго закрученные филаментарные рукава или арки. На пересвеченных кадрах ядро и кольцо могут сливаться в центральный балдж. В галактиках SA(r)a или SA(r)ab можно зафиксировать внешнее кольцо (R), составленное из множества тесно расположенных спиральных арок. Примеры: NGC 488, NGC 7217, NGC 6753, NGC 4736 (M94), NGC 5055 (M63).
• SA (rs) — галактики с небольшими резко выраженными яркими круглыми ядрами в центре размытого балджа, от которого тангенциально отходят два главных рукава и два или более дополнительных. Два главных рукава имитируют неполное кольцо (r) вокруг балджа. В галактиках ранних стадий внешние части рукавов объединяются в (R)-структуры. Примеры: NGC 1068 (M77), NGC 3147, NGC 4237, NGC 7079.
• SA (s): галактики с достаточно большим, диффузным, круглым ядром, сливающимся с круглым или слегка вытянутым балджем, в котором прослеживается яркая или темная спиральная структура. Два главных спиральных рукава, иногда ветвящихся, или слабые дополнительные, начинаются на краю балджа. Спиральные рукава хорошо описываются логарифмической спиралью. Примеры: NGC 3031 (M81), NGC 4569, NGC 7205, NGC 7331, NGC 224 (M31), NGC 4321 (M100).

Кроме усложнения классификации на основании наличия структурных деталей было проведено более подробное деление на классы для всех галактик. Так для обозначения «поздних» и «ранних» классов для неспиральных галактик было предложено использовать индексы «⁺» и «⁻» соответственно. Таким образом, обозначение E⁺ обозначает «поздний» класс эллиптических галактик, первый шаг к S0 (пример NGC 3115). Для линзовидных галактик SA0 и SB0 вводилось 3 подкласса: S0⁺, S0°, S0⁻. Подобные обозначения можно ввести и для спиральных галактик, однако, в силу того, что разница между, например, Sa⁺ и Sb⁻ выявляется с большой ошибкой, а также в силу уже появившейся традиции такие переходные классы стали обозначать Sab, Sbc. Класс Sa⁻ оказался тождественным введенному ранее Хабблом классу S0/a — переходному между S0 и Sa. Был добавлен класс очень поздний класс Sd и переходный к нему Scd для спиралей с клочковатой структурой и слабо выраженным ядром, точно также, как это было сделано Хабблом и Сендиджем. Переходный класс к неправильным галактикам, т. н. магеллановы спирали получили обозначение Sm (например, Большое Магелланово облако — SB(s)m). Представителей классов E⁻, I⁻ и I⁺, на момент издания работы де Вокулера обнаружено не было.

Наибольшее различие между (r) и (s) разновидностями спиральных галактик проявляется в классе S0/a и постепенно исчезает в переходных классах к неправильным и эллиптическим галактикам.

В линзовидных и ранних стадиях эллиптических галактик иногда наблюдаются внешние кольцеобразные структуры. Присутствие этих структур обозначают префиксом (R). Их наличие не зависит от того, какому подтипу принадлежит галактика. Чаще всего такие структуры встречаются у галактик S0/a. Примеры: NGC 1068 (M77), NGC 4736 (M94), NGC 7217, NGC 1291, NGC 1326, NGC 2859, NGC 6753.

Кроме описания таких структурных особенностей спиралей, как балдж, ядро, наличие или отсутствие бара и колец, де Вокулёр предложил для описания самих спиральных рукавов понятия мультиплетность, или множественность (англ. multiplicity), то есть число спиральных рукавов, и свойства (англ. character): массивные (m) и филаментарные или волокнистые (f). Мультиплетность рукавов указывается нижним индексом после подкласса галактики, а свойства рукавов — нижним индексом после обозначения типа. Так, туманность Андромеды M31 получает обозначение SA(s)₂c_m — спиральная галактика позднего типа с двумя массивными спиральными рукавами. Если кроме главных спиральных рукавов присутствуют дополнительные, то число рукавов не суммируется, а указывается через знак «+», например 2+1 для M99, или 2+2 для M51. Если главные спиральные рукава несимметричны и один сильно ярче другого, суммирование числа рукавов также не производится, например 1+1 для NGC 7479. Такие случаи нередки в пересеченных галактиках поздних типов. Для ветвящихся спиралей сложно определить число ветвей, поэтому указывают только число главных ветвей и знак «+»: 1+, 2+. Такая ситуация типична для поздних простых спиралей. В случае, если мультиплетность спиральных ветвей превышает 4, это обозначают символом n. Это характерно как для поздних спиралей (NGC 2903, NGC 7793), так и для ранних с кольцевыми структурами (NGC 4736, NGC 7217).

Классификация неправильных галактик рассматривалась как продолжение классификации спиралей. Так галактики, в которых не удалось обнаружить спиральную структуру, но по всем остальным признакам они походили на магеллановы спирали, получили обозначение I(m) (например, Малое Магелланово Облако). В достаточно крупных галактиках класса I(m) удается обнаружить зачатки (или остатки) бара, что позволяет их считать как крайний случай галактик SB, в то время, как более симметричные представители класса I(m) можно считать вырожденным случаем галактик SA. Различия исчезают для карликовых галактик низкой поверхностной яркости, таких как галактика Вольфа-Лундмарка-Мелотта. Такие карликовые галактики получили обозначение dI, по аналогии с карликовыми эллиптическими галактиками dE. Вообще, префикс d зарегистрирован для всех карликовых галактик, несмотря на то, что карликовых спиральных или линзовидных галактик в то время обнаружено не было.

Для галактик, видимых с ребра, было предложено обозначение (sp), от англ. spindle — веретено. Например галактика NGC 5866.

Числовая последовательность Хаббла

Де Вокулёр также присвоил числовое значение T каждому классу галактик в своей схеме. Значения меняются от −6 до +10. Отрицательные значения отводятся для ранних типов галактик: эллиптических и линзовидных, а положительные для поздних типов: спиралей и неправильных галактик. Эллиптические галактики были разделены на три типа: компактные (cE), нормальные (E), и переходные (E⁺). Линзовидные галактики также разделены на ранние типы (S⁻), переходные (S⁰) и поздние (S⁺).

Числовая последовательность Хаббла

${\displaystyle T}$	−6	−5	−4	−3	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Класс по де Вокулёру[9]	cE	E	E+	S0−	S00	S0+	S0/a	Sa	Sab	Sb	Sbc	Sc	Scd	Sd	Sdm	Sm	Im
Приблизительно класс по Хабблу[10]	E			S0			S0/a	Sa	Sa-b	Sb	Sb-c	Sc			Sc-Irr	Irr I

Использование числовых значений упрощает количественное описание морфологии галактик.

Йеркская система

Создана американским астрономом Уильямом Морганом в Йеркской обсерватории^[11]. Вместе с Филиппом Кинаном они разработали систему классификации звезд по их спектрам (MK-система^[12]). В йеркской системе галактики разбиваются на группы в зависимости от их спектров, формы и степени концентрации к центру.

В этой системе, например, Туманность Андромеды получает обозначение kS5.

Примечания