Происхождение и эволюция галактик. Рождение и эволюция галактик

В середине прошлого века состоятельный любитель астрономии лорд Росс построил собственный телескоп, который и в наше время мог бы считаться весьма крупным - диаметр его зеркального объектива составлял 180 см. Телескоп позволил обнаружить на небе большое количество неизвестных ранее туманных пятен, многие из которых, как мы теперь знаем, являются далекими галактиками.

Наблюдая одну из туманностей в созвездии Гончих Псов (М51, по каталогу Мессье), Росс неожиданно об­наружил, что она вовсе не бесформенна, а имеет инте­ресную структуру: две нечеткие бледные полоски как бы исходят из центрального сгущения и закручиваются в одну сторону по спирали. Так впервые была открыта спиральная структура галактик. Галактики, обладаю­щие такой структурой, получили название спиральных.

Заметим, что М51 и сейчас считается одной из ин­тереснейших галактик. На небе она находится неда­леко от ковша Большой Медведицы, и наблюдать ее наиболее яркую центральную часть можно даже в не­большой телескоп.

В начале XX в. научились получать фотографии га­лактик. Фотографическая эмульсия, как известно, обла­дает бесценным свойством накапливать действие па­дающего на нее света. То, что при визуальных наблю­дениях выглядит бледным, едва заметным пятном, на фотографии может предстать ясным четким изображе­нием галактики со сложной внутренней структурой.

Спиральные ветви обнаружились на фотографиях большинства наблюдаемых галактик. К числу спираль­ных принадлежит и туманность Андромеды, и наша Га­лактика. Спиральные галактики обычно обозначаются буквами Sa, Sb и Sc (рис. 2). Причем маленькие буквы а, b, с характеризуют степень развития спиральной структуры: Sa - спиральные ветви гладкие, туго обхва­тывающие большую яркую и бесструктурную область в центре галактики (ядро); Sc - спиральные ветви дале­ко отходят от небольшого по размерам ядра, неровные, клочковатые, подчас разбивающиеся на отдельные яр­кие сгустки; Sb - ветви с промежуточными характери­стиками (см. фотографии на рис. 3).

В некоторых галактиках спирали начинаются как бы от концов толстого прямого звездного рукава - «ба­ра», расположенного в центре галактики. Такие галак­тики называются спиральными с перемычкой и их обо­значают SBa, SBb или SBc.

Но далеко не все галактики обладают спиральной структурой. Многие галактики имеют на фотографии форму кругов или эллипсов с расплывчатыми очерта­ниями и сильной концентрацией яркости к центру. Это так называемые эллиптические галактики. Их обычно обозначают буквой Е. И если невозможно найти две одинаковые спиральные галактики - у каждой свой, подчас очень сложный рисунок ветвей, то эллиптиче­ские галактики часто практически неотличимы друг от друга по форме.

Эллиптические галактики могут иметь различную степень сплюснутости. Для ее учета часто за буквой Е пишут цифру, которую определяют следующим обра­зом. Пусть галактика выглядит как эллипс с большой осью а и малой осью 6; тогда цифра, характеризующая сплюснутость, - это округленная до целого числа дробь 10 (а- b )/а. Цифра 0 соответствует «круглой» га­лактике, 6 - сильно сплюснутой. Эллиптические галак­тики, сплюснутость которых характеризовалась бы циф­рами, большими 6, не наблюдаются.

Между типами S и Е в классификационной после­довательности располагаются так называемые линзовидные галактики (они обозначаются как S0), но о них мы расскажем несколько позже.

Существуют также галактики, которые не имеют ни спиральных ветвей, ни эллиптических или близких к ним очертаний. Пример тому-ближайшие к нам га­лактики - БМО и ММО. Подобные галактики облада­ют неправильной, асимметричной формой, потому и по­лучили название «неправильные» (обозначаются Ir).

Мы описали наиболее широко распространенную, хотя и довольно приближенную классификацию наблю­даемых форм галактик. Сразу же заметим: не для всех галактик она годится, так как слишком многообразны по внешнему виду могут быть звездные острова. Но мы пока ограничимся рассмотрением этих трех типов, объ­единяющих абсолютное большинство наблюдаемых галактик: эллиптические Е, спиральные S, неправиль­ные Ir.

Чем вызвано различие этих типов галактик по их внешнему виду? Чем галактики этих типов физически отличаются друг от друга? Почему вообще галактики бывают такими непохожими одна на другую? Над ре­шением этих вопросов работают сейчас ученые.

Довольно быстро было установлено, что галактики различных типов отличаются по цвету.

Глаз человека не различает цветовые оттенки, если объекты наблюдений имеют нпзкую яркость (как, на­пример, галактики). Да и невозможно получить объ­ективные и точные глазомерные оценки цвета, даже если исследовать яркий источник. В астрономической практике для измерения цвета обычно фотографируют объект через два или несколько светофильтров. После этого по специальной методике, которой мы здесь ка­саться не будем, измеряя степень почернения изобра­жения на негативах, получают количественную оценку цвета объекта, так называемый показатель цвета.

Измерив цвета галактик различного типа, астроно­мы выявили следующую закономерность: при переходе от Е- к S- и далее к Ir-галактикам их цвет системати­чески становился все более и более голубым. О чем это может говорить? Видимо, о том, что у галактик различен звездный состав - ведь цвет галактик опре­деляется цветом и светимостью составляющих их звезд.

Итак, галактики отличаются своим внешним видом, размерами, звездным составом (цветом). Они также различаются по массе, количеству межзвездного газа и другим характеристикам. Однако многие галактики объединяет и нечто общее. Это - их строение, основные особенности структуры.

Рассмотрим, к примеру, структуру спиральных га­лактик. Мы видим их как пятна с круглыми или эл­липтическими очертаниями, внутри которых прослежи­вается спиральная структура. По одному их только изображению ничего нельзя сказать об их пространст­венной форме. Когда хотят ее определить, скажем, у торного хребта или недоступной горы, делают стереофотоснимок - фотографируют объект (например, с са­молета) в двух ракурсах. Но сделать стереоснимок га­лактик мы, к сожалению, никогда не сможем - слиш­ком велики до них расстояния.

Изучению пространственной структуры помогает статистика - ведь мы наблюдаем не одну, а много га­лактик, по разному относительно нас ориентированных в пространстве. Статистический анализ наблюдений по­казал, что спиральные галактики - сплюснутые и в большинстве своем осесимметричные образования (правда, расположение отдельных ярких участков мо­жет нарушать эту симметрию).

Структура галактики особенно хорошо заметна, когда мы наблюдаем ее «с ребра». Тогда в ней ясно видны звездный диск и утолщение в центре (рис. 3).

Диск в большинстве спиральных галактик - их са­мая массивная часть. Он включает в себя преобладаю­щую массу звезд и дает основной вклад в свечение га­лактики. Толщина диска обычно составляет сотни пар­сек. На фотографиях те галактики, что повернуты к нам ребром, кажутся пересеченными темной неровной полоской, идущей вдоль диска. Это - следы межзвезд­ной пыли. На примере нашей Галактики мы знаем, что в межзвездном пространстве газ перемешан с пылью. Газа примерно в 100 раз больше, чем пыли, но он про­зрачен и поэтому не задерживает свет звезд. Иное де­ло - пыль. Из-за нее далекие звезды в направлении Млечного Пути мы видим сильно ослабевшими и по­красневшими. Млечный Путь - это наиболее яркая, близкая к плоскости нашей Галактики область звезд­ного диска. Даже невооруженным глазом заметно, что его очертания очень неровны. В созвездии Лебедя Млечный Путь даже раздваивается на два рукава. Все это - результат проекции на Млечный Путь облаков межзвездной среды, содержащих пыль. И поэтому если бы мы могли наблюдать диск нашей Галактики со сто­роны, «с ребра» (а где-нибудь кто-то наверняка его так наблюдает), то также видели бы его пересеченным темной полосой.

Газо-пылевой слой по толщине в несколько раз меньше звездного диска (см. рис. 4). Но с газом связаны молодые и горячие звезды, звездные скопления, облака нагретого водорода. Все эти объекты образуют так назы­ваемую плоскую составляющую галактик, изобилующую яркими источниками света, которая располагается внут­ри звездного диска. Спиральные ветви - самое первое, что бросается в глаза на снимках галактик, - также образованы членами плоской составляющей.

Обратимся теперь к утолщению в центральной ча­сти галактик. Его образуют звезды, принадлежащие к так называемой сферической (или, правильнее, сфероидаль­ной) звездной составляющей. В отличие от плоской она не сильно концентрируется к плоскости галактики: по­верхности равной концентрации ее звезд в пространстве представляют собой эллипсоиды вращения с отношением осей от 1:1 до 3: 1. Однако звезды сфероидальной со­ставляющей очень сильно концентрируются к центру галактики, вблизи которого их плотность особенно велика.

Итак, плоская составляющая со спиральными ветвя­ми, яркими звездами, газом и пылью, массивный звезд­ный диск и сфероидальная составляющая - это элемен­ты структуры спиральных галактик. В разных галак­тиках относительный вклад их в общую светимость различен. Как правило, от Е- к S- и далее - к Ir-галак­тикам уменьшается вклад сфероидальной и растет яр­кость плоской составляющей, которая богата молоды­ми горячими звездами.

Различные составляющие галактик имеют свойствен­ный только им закон уменьшения яркости от центра галактики к ее краю. Яркость звездного диска (вместе с плоской составляющей) / почти всегда связана с рас­стоянием от центра R простым экспоненциальным за­коном: I 1 = Ae — Bk , или lnI 1 =А 1 -B 1 R , где А , А 1 и В, В 1 - величины, постоянные для данной галактики.

Для эллиптической галактики зависимость наблю­даемой яркости от расстояния до центра I 2 (R ) имеет приблизительно такой вид: lnI 2 = C-DR l /4 ; здесь С и D - также постоянные величины (различные, конечно, для разных галактик). Очень важно, что такая же за­висимость характерна и для яркости сфероидальных со­ставляющих спиральных (а возможно, и для неправиль­ных) галактик. Отсюда следует такой вывод: спираль­ные галактики по своей структуре отличаются от эллип­тических только тем, что имеют звездные диски со спи­ральными ветвями. Если же мысленно убрать у них звездный диск, то перед нами окажется обычная эллип­тическая галактика.

Интересно, что в природе много и таких галактик, у которых есть и сфероидальная составляющая и диск, но отсутствует плоская составляющая, т. е. молодые горячие звезды или спиральные ветви. Такие галактики выглядят осесимметричными образованиями, очень по­хожими на эллиптические, и лишь по тому, каким за­коном описывается падение их яркости к краю, можно узнать о наличии в них звездного диска. Это - уже упо­минавшиеся линзовидные галактики S0. На классифи­кационной схеме их помещают между спиральными и эллиптическими галактиками - у них есть сходство и с теми и с другими.

В табл. 3 просуммировано все вышесказанное о структуре галактик различных типов. Знаки «+» или «-» в ней указывают на наличие или отсутствие тех или иных элементов структуры галактики.

Из табл. 3 видно, что строение галактик, в общем-то, сходно: они содержат те же элементы структуры, однако относительная доля массы, приходящаяся на различные компоненты ее структуры, меняется в ши­роких пределах от галактики к галактике. Но вместе с этим, как оказалось, меняются и свойства так назы­ваемого звездного населения галактик, к рассказу о котором мы переходим.

Содержание: Введение. Начало Вселенной. Рождение сверхгалактик и скоплений галактик. Рождение галактик. Газово-пылевые комплексы - колыбель звезд. Звездные ассоциации. Кратко о всем процессе рождения. Введение Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И все же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом. На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни. Начало Вселенной Вселенная постоянно расширяется. Тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом” или английским термином Big Bang. Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объем. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма- фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. Рождение сверхгалактик и скоплений галактик С возникновением атомов водорода начинается звездная эра - эра частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик. Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной - сверхгалактики - являются результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на ранних этапах истории Вселенной. Рождение галактик Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверх галактик и скоплений галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение. Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики. В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного газа. Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно. Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей (в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы. Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после ее возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвездный водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической. Но межзвездный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы - гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением второго типа. На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем они моложе. Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширятся. Газово-пылевые комплексы - колыбель звезд Откуда же берутся в нашей Галактике молодые и "сверхмолодые" звезды? С давних пор, по установившейся традиции, восходящей к гипотезе Канта и Лапласа о происхождении Солнечной системы, астрономы предполагали, что звезды образуются из рассеянной диффузной газово-пылевой среды. Было только одно строгое теоретическое основание такого убеждения - гравитационная неустойчивость первоначально однородной диффузной среды. Дело в том, что в такой среде неизбежны малые возмущения плотности, то есть отклонения от строгой однородности. в дальнейшем, однако, если массы этих конденсаций превосходят некоторый предел, под влиянием силы всемирного тяготения малые возмущения будут нарастать и первоначально однородная среда разобьется на несколько конденсаций. Под действием силы гравитации эти конденсации будут продолжать сжиматься и, как можно полагать, в конце концов превратятся в звезды. Характерное время сжатия облака до размеров протозвезды можно оценить по простой формуле механики, описывающей свободное падение тела под влиянием некоторого ускорения. Так, к примеру, облако с массой, равной солнечной, сожмется за миллион лет. В процессе только что описанной первой стадии конденсации газово- пылевого облака в звезду, которая называется "стадией свободного падения", освобождается определенное количество гравитационной энергии. Половина освободившейся при сжатии облака энергии должна покинуть облако в виде инфракрасного излучения, а половина пойти на нагрев вещества. Как только сжимающееся облако станет непрозрачным для своего инфракрасного излучения, светимость его резко упадет. Оно будет продолжать сжиматься, но уже не по закону свободного падения, а гораздо медленнее. Температура его внутренних областей, после того как процесс диссоциации молекулярного водорода закончится, будет непременно повышаться, так как половина освобождающейся при сжатии гравитационной энергии будет идти на нагрев облака. Впрочем, такой объект назвать облаком уже нельзя. Это уже самая настоящая протозвезда. Таким образом, из простых законов физики следует ожидать, что может иметь место единственный и закономерный процесс эволюции газово-пылевых комплексов сначала в протозвезды, а потом и в звезды. Однако возможность - это еще не есть действительность. Первейшей задачей наблюдательной астрономии является, во-первых, изучить реальные облака межзвездной среды и проанализировать, способны ли они сжиматься под действием собственной гравитации. Для этого надо знать их размеры, плотность и температуру. Во- вторых, очень важно получить дополнительные аргументы в пользу "генетической близости облаков и звезд (например, тонкие детали их химического и даже изотопного состава, генетическая связь звезд и облаков и прочее). В-третьих, очень важно получить из наблюдений неопровержимые свидетельства существования самых ранних этапов развития протозвезд (например, вспышки инфракрасного излучения в конце стадии свободного падения). Кроме того, здесь могут наблюдаться, и, по-видимому, наблюдаются совершенно неожиданные явления. Наконец, следует детально изучать протозвезды. Но для этого прежде всего надо уметь отличать их от "нормальных" звезд. Звездные ассоциации Эмпирическим подтверждением процесса образования звезд из облаков межзвездной среды является то давно известное обстоятельство, что массивные звезды классов О и В распределены в Галактике не однородно, а группируются в отдельные обширные скопления, которые позже получили название "ассоциации". Но такие звезды должны быть молодыми объектами. Таким образом, сама практика астрономических наблюдений подсказывала, что звезды рождаются не поодиночке, а как бы гнездами, что качественно согласуется с представлениями теории гравитационной неустойчивости. Молодые ассоциации звезд (состоящие не только из одних горячих массивных гигантов, но и из других примечательных, заведомо молодых объектов) тесно связаны с большими газово-пылевыми комплексами межзвездной среды. Естественно считать, что такая связь должна быть генетической, то есть эти звезды образуются путем конденсации облаков газово-пылевой среды. Процесс рождения звезд, как правило, не заметен, потому что скрыт от нас пеленой поглощающей свет космической пыли. Только радиоастромония, как можно теперь с большой уверенностью считать, внесла радикальное изменение в проблему изучения рождения звезд. Во-первых, межзвездная пыль не поглощает радиоволны. Во- вторых, радиоастрономия открыла совершенно неожиданные явления в газово-пылевых комплексах межзвездой среды, которые имеют прямое отношение к процессу звездообразования. Список использованной литературы: И. С. Шкловский. Звезды: их рождение, жизнь и смерть П. И. Бакулин. Курс общей астрономии Ю. Н. Ефремов. В глубины Вселенной Йосип Клечек и Петр Якеш «Вселенная и земля», © 1985 Артия, Прага. Издание на русском языке 1986. В.В. Кесарев «Эволюция вещества во вселенной», © 1976 Атомиздат, Москва.

Результаты космологических исследований туманностей в 20 годах прошлого века перевернули представление астрономов о Вселенной и объектах ее населяющих.

Главным открытием стало подтверждение гипотезы о том, что казавшиеся тогда туманности не простое скопление газов или космической пыли, а представляет собой огромные скопления звезд – галактики.

Теория происхождения галактик

Теория происхождения галактик основывается на принципе гравитационной неустойчивости. Принцип гласит: частицы вещества не могут постоянно находиться в равномерно распределенном состоянии в пространстве. Элементы вещества будут стремиться друг к другу, создавая конгломераты.

В юной вследствие гравитационной неустойчивости образовались дискообразные скопления вещества. На границах этих дисков образовывались завихрения и отслаивание вещества. Формировались протогалактические структуры, внутри которых в свою очередь начинался процесс фрагментации – рождались первые звезды. С появлением звезд протогалактическое облако становилось звездной системой — галактикой. Галактики различны по объему и форме. Те, что на момент появления имели большую скорость вращения, приобрели форму шара или диска с отходящими от него рукавами-спиралями. Медленно вращавшиеся или неподвижные протогалактические облака превратились в галактики элипсоидной или неправильной формы.

Галактики могут быть единичными, располагаться попарно или множественными галактическими скоплениями. Галактические группы объединяют звездные системы различных форм и размеров. Самыми близкими нашими соседями являются галактическое скопление Большой Медведицы и небольшое плотное скопление галактик созвездия Волосы Вероники. Наша галактика Млечный Путь совместно со звездными системами Магеллановых облаков, галактикой Андромеда и множеством других, образуют , объединенную общим водородным облаком.

Состав галактики очень неоднороден. Достоверно известно, что элементами галактик являются: звезды, звездные скопления, пылевые облака, газовые туманности, частицы вещества рассеянные в пространстве, а также всякие экзотические объекты вроде черных дыр и нейтронных звезд. Все галактические элементы взаимосвязаны и подчинены вращению вокруг центра галактики содержащего

Галактикой называют крупные формирования звезд, газа, пыли, которые удерживаются вместе силой гравитации. Эти крупнейшие соединения во Вселенной могут различаться формой и размерами. Большая часть космических объектов входит в состав определенной галактики. Это звезды, планеты, спутники, туманности, черные дыры и астероиды. Некоторые из галактик обладают большим количеством невидимой темной энергии. Из-за того, что галактики разделяет пустое космическое пространство, их образно называют оазисами в космической пустыне..

	Эллиптическая галактика	Спиральная галактика	Неправильная галактика
Сфероидальный компонент	Галактика целиком	Есть	Очень слаб
Звёздный диск	Нет или слабо выражен	Основной компонент	Основной компонент
Газопылевой диск	Нет	Есть	Есть
Спиральные ветви	Нет или только вблизи ядра	Есть	Нет
Активные ядра	Встречаются	Встречаются	Нет
	20%	55%	5%

Наша галактика

Ближайшая к нам звезда Солнце относится к миллиарду звезд в галактике Млечный путь. Посмотрев на ночное звездное небо, тяжело не заметить широкую полосу, усыпанную звездами. Скопление этих звезд древние греки назвали Галактикой.

Если бы у нас была возможность посмотреть на эту звездную систему со стороны, мы бы заметили сплюснутый шар, в котором насчитывается свыше 150 млрд. звезд. Наша галактика имеет такие размеры, которые тяжело представить в своем воображении. Луч света путешествует с одной ее стороны на другую сотню тысяч земных лет! Центр нашей Галактики занимает ядро, от которого отходят огромные спиральные ветви, заполненные звездами. Расстояние от Солнца до ядра Галактики составляет 30 тысяч световых лет. Солнечная система расположена на окраине Млечного пути.

Звезды в Галактике несмотря на огромное скопление космических тел встречаются редко. Например, расстояние между ближайшими звездами в десятки миллионов раз превышает их диаметры. Нельзя сказать, что звезды разбросаны во Вселенной хаотично. Их местоположение зависит от сил гравитации, которые удерживают небесное тело в определенной плоскости. Звездные системы со своими гравитационными полями и называют галактиками. Кроме звезд, в состав галактики входит газ и межзвездная пыль.

Состав галактик.

Вселенную составляет также множество других галактик. Наиболее приближенные к нам отдалены на расстояние 150 тыс. световых лет. Их можно увидеть на небе южного полушария в виде маленьких туманных пятнышек. Их впервые описал участник Магеллановой экспедиции вокруг мира Пигафетт. В науку они вошли под названием Большого и Малого Магеллановых Облаков.

Ближе всего к нам расположена галактика под названием Туманность Андромеды. Она имеет очень большие размеры, поэтому видна с Земли в обычный бинокль, а в ясную погоду – даже невооруженным глазом.

Само строение галактики напоминает гигантскую выпуклую в пространстве спираль. На одном из спиральных рукавов за ¾ расстояния от центра находится Солнечная система. Все в галактике кружится вокруг центрального ядра и подчиняется силе его гравитации. В 1962 году астрономом Эдвином Хабблом была проведена классификация галактик в зависимости от их формы. Все галактики ученый разделил на эллиптические, спиральные, неправильные и галактики с перемычкой.

В части Вселенной, доступной для астрономических исследований, расположены миллиарды галактик. В совокупности их астрономы называют Метагалактикой.

Галактики Вселенной

Галактики представлены крупными группировками звезд, газа, пыли, удерживаемых вместе гравитацией. Они могут существенно отличаться по форме и размерам. Большинство космических объектов относятся к какой-либо галактике. Это черные дыры, астероиды, звезды со спутниками и планетами, туманности, нейтронные спутники.

Большинство галактик Вселенной включают огромное количество невидимой темной энергии. Так как пространство между различными галактиками считается пустотным, то их нередко называют оазисами в пустоте космоса. Например, звезда по имени Солнце – одни из миллиардов звезд в галактике «Млечный Путь», находящейся в нашей Вселенной. В ¾ расстояния от центра данной спирали находится Солнечная система. В этой галактике все беспрерывно движется вокруг центрального ядра, которое подчиняется его гравитации. Однако и ядро тоже движется вместе с галактикой. При этом все галактики двигаются на сверхскоростях.
Астроном Эдвин Хаббл в 1962 году провел логическую классификацию галактик Вселенной с учетом их формы. Сейчас галактики разделяются на 4 основные группы: эллиптические, спиральные, галактики с баром (перемычкой) и неправильные.
Какая самая большая галактика в нашей Вселенной?
Наиболее крупной галактикой во Вселенной является линзовидная галактика сверхгиганских размеров, находящаяся в скоплении Abell 2029.

Спиральные галактики

Они представляют собой галактики, которые по своей форме напоминают плоский спиралевидный диск с ярким центром (ядром). Млечный Путь – типичная спиральная галактика. Спиральные галактики принято называть с буквы S, они разделяются на 4 подгруппы: Sa, Sо, Sc и Sb. Галактики, относящиеся к группе Sо, отличаются светлыми ядрами, которые не имеют спиральных рукавов. Что касается галактик Sа, то они отличаются плотными спиральными рукавами, плотно обмотанными вокруг центрального ядра. Рукава галактик Sc и Sb редко окружают ядро.

Спиральные галактики каталога Мессье

Галактики с перемычкой

Галактики с баром (перемычкой) похожи на спиральные галактики, но все же имеют одно отличие. В таких галактиках спирали начинаются не от ядра, а от перемычек. Около 1/3 всех галактик входят в эту категорию. Их принято обозначать буквами SB. В свою очередь, они разделяются на 3 подгруппы Sbc, SBb, SBa. Разница между этими тремя группами определяется формой и длиной перемычек, откуда, собственно, и начинаются рукава спиралей.

Спиральные галактики с перемычкой каталога Мессье

Эллиптические галактики

Форма галактик может варьироваться от идеально круглой до вытянутого овала. Их отличительной чертой является отсутствие центрального яркого ядра. Они обозначаются буквой Е и разделяются на 6 подгрупп (по форме). Такие формы обознаются от Е0 до Е7. Первые имеют почти круглую форму, тогда как Е7 характеризуются чрезвычайно вытянутой формой.

Эллиптические галактики каталога Мессье

Неправильные галактики

Они не имеют какой-либо выраженной структуры или формы. Неправильные галактики принято разделять на 2 класса: IO и Im. Наиболее распространенным является Im класс галактик (он имеет только незначительный намек на структуру). В некоторых случаях прослеживаются спиральные остатки. IO относится к классу галактик, хаотических по форме. Малые и Большие Магеллановы Облака – яркий пример Im класса.

Неправильные галактики каталога Мессье

Таблица характеристик основных видов галактик

	Эллиптическая галактика	Спиральная галактика	Неправильная галактика
Сфероидальный компонент	Галактика целиком	Есть	Очень слаб
Звёздный диск	Нет или слабо выражен	Основной компонент	Основной компонент
Газопылевой диск	Нет	Есть	Есть
Спиральные ветви	Нет или только вблизи ядра	Есть	Нет
Активные ядра	Встречаются	Встречаются	нет
Процент от общего числа галактик	20%	55%	5%

Большой портрет галактик

Не так давно астрономы начали работать над совместным проектом для выявления расположения галактик во всей Вселенной. Их задача – получить более детальную картину общей структуры и формы Вселенной в больших масштабах. К сожалению, масштабы Вселенной сложно оценить для понимания многими людьми. Взять хотя бы нашу галактику, состоящую более чем из ста миллиардов звезд. Во Вселенной существуют еще миллиарды галактик. Обнаружены дальние галактики, но мы видим их свет таким, который был практически 9 млрд лет назад (нас разделяет такое большое расстояние).

Астрономам стало известно, что большинство галактик относятся к определенной группе (ее стали называть «кластер»). Млечный путь – часть кластера, который, в свою очередь, состоит из сорока известных галактик. Как правило, большинство таких кластеров представлены частью еще большей группировки, которую называют сверхскоплениями.

Наш кластер – часть сверхскопления, которое принято называть скоплением Девы. Такой массивный кластер состоит больше чем из 2 тыс. галактик. В то время, когда астрономы создали карту расположения данных галактик, сверхскопления начали принимать конкретную форму. Большие сверхскопления собрались вокруг того, что представляется как бы гигантскими пузырями или пустотами. Что это за структура, никто еще не знает. Мы не понимаем, что может находиться внутри этих пустот. По предположению, они могут быть заполнены определенным типом неизвестной ученым темной материи или же иметь внутри пустое пространство. Перед тем как мы узнаем природу таких пустот, пройдет много времени.

Галактические вычисления

Эдвин Хаббл является основоположником галактических исследований. Он первый, кому удалось определить, как можно вычислить точное расстояние до галактики. В своих исследованиях он опирался на метод пульсирующих звезд, которые более известны как цефеиды. Ученый смог заметить связь между периодом, который нужен для завершения одной пульсации яркости, и той энергией, которую выделяет звезда. Результаты его исследований стали серьезным прорывом в области галактических исследований. Помимо этого, он обнаружил, что есть корреляция между красным спектром, излучаемым галактикой, и расстоянием до нее (постоянная Хаббла).

В наше время астрономы могут измерять расстояние и скорости галактики посредством измерения количества красного смещения в спектре. Известно, что все галактики Вселенной движутся друг от друга. Чем дальше галактика находится от Земли, тем больше ее скорость движения.

Чтобы визуализировать данную теорию, достаточно представить себя за рулем авто, который двигается на скорости 50 км в час. Перед Вами едет авто быстрее на 50 км в час, что говорит о том, что скорость его передвижения составляет 100 км в час. Перед ним есть еще одно авто, которое движется быстрее еще на 50 км в час. Несмотря на то что скорость всех 3 машин будет разной на 50 км в час, первый автомобиль на самом деле движется от Вас на 100 км в час быстрее. Поскольку красный спектр говорит о скорости движения галактики от нас, получается следующее: чем больше красное смещение, тем, соответственно, галактика быстрее движется и тем большее ее расстояние от нас.

Сейчас мы располагаем новыми инструментами, помогающими ученым в поисках новых галактик. Благодаря космическому телескопу Хаббла ученым удалось увидеть то, о чем раньше оставалось только мечтать. Высокая мощность этого телескопа обеспечивает хорошую видимость даже мелких деталей в ближних галактиках и позволяет изучать более дальние, которые никому еще не были известны. В настоящее время новые инструменты наблюдения космоса находятся в стадии разработки, а в скором будущем они помогут получить более глубокое понимание структуры Вселенной.

Типы галактик

• Спиральные галактики. По форме напоминают плоский спиралевидный диск с ярко выраженным центром, так называемым ядром. Наша галактика Млечный путь относится к этой категории. В данном разделе портала сайт Вы встретите много различных статей с описанием космических объектов нашей Галактики.
• Галактики с перемычкой. Напоминают спиральные, только от них они отличаются одним существенным отличием. Спирали отходят не от ядра, а от так называемых перемычек. К этой категории можно отнести треть всех галактик Вселенной.
• Эллиптические галактики обладают различными формами: от досконально круглой до овально вытянутой. Сравнительно со спиральными, у них отсутствует центральное ярко выраженное ядро.
• Неправильные галактики не обладают характерной формой или структурой. Их нельзя отнести к какому-либо из перечисленных выше типов. Неправильных галактик насчитывается куда меньшее количество на просторах Вселенной.

Астрономы в последнее время запустили совместный проект по выявлению расположения всех галактик во Вселенной. Ученые надеются получить более наглядную картину ее структуры в большом масштабе. Размер Вселенной тяжело оценить человеческому мышлению и пониманию. Одна только наша галактика – это соединение сотней миллиардов звезд. А таких галактик насчитываются миллиарды. Мы можем видеть свет от обнаруженных дальних галактик, но не подразумевать даже того, что смотрим в прошлое, ведь световой луч доходит до нас за десятки миллиардов лет, настолько великое расстояние нас разделяет.

Астрономы также привязывают большинство галактик к определенным группам, которые называют кластерами. Наш Млечный путь относится к кластеру, который состоит из 40 разведанных галактик. Такие кластеры объединяют в большие группировки, называющиеся сверхскоплениями. Кластер с нашей галактикой входит в сверхскопление Девы. В составе этого гигантского кластера находится более 2 тысяч галактик. После того как ученые начали рисовать карту размещения данных галактик, сверхскопления получили определенные формы. Большинство галактических сверхскоплений окружали гигантские пустоты. Никто не знает, что может быть внутри этих пустот: космическое пространство наподобие межпланетного или же новая форма материи. Понадобится много времени, чтобы раскрыть эту загадку.

Взаимодействие галактик

Не менее интересным для взора ученых представляется вопрос о взаимодействии галактик как компонентов космических систем. Не секрет, что космические объекты находятся в постоянном движении. Галактики не исключение из этого правила. Некоторые из видов галактик могли бы стать причиной столкновения или слияния двух космических систем. Если вникнуть, какими представляются данные космические объекты, более понятными становятся масштабные изменения как результат их взаимодействия. Во время столкновения двух космических систем выплескивается гигантское количество энергии. Встреча двух галактик на просторах Вселенной – даже более вероятное событие, чем столкновение двух звезд. Не всегда столкновение галактик заканчивается взрывом. Небольшая космическая система может свободно пройти мимо своего более крупного аналога, изменив только незначительно его структуру.

Таким образом, происходит образование формирований, схожих внешним видом на вытянутые коридоры. В их составе выделяются звезды и газовые зоны, часто формируются новые светила. Бывают случаи, что галактики не ударяются, а только слегка соприкасаются друг с другом. Однако даже такое взаимодействие запускает цепочку необратимых процессов, которые приводят к огромным изменениям в структуре обеих галактик.

Какое будущее ожидает нашу галактику?

Как предполагают ученые, не исключено, что в далеком будущем Млечный путь сумеет поглотить крохотную по космическим размерам систему-спутник, которая расположена от нас на расстоянии 50 световых лет. Исследования показывают, что этот спутник имеет продолжительный жизненный потенциал, но при столкновении с гигантским соседом, вероятнее всего, закончит отдельное существование. Также астрономы предрекают столкновение Млечного пути и Туманности Андромеды. Галактики движутся друг другу навстречу со скоростью света. До вероятного столкновения ждать примерно три миллиарда земных лет. Однако будет ли оно на самом деле сейчас – тяжело рассуждать из-за нехватки данных о движении обеих космических систем.

Описание галактик на Kvant . Space

Портал сайт перенесет Вас в мир интересного и увлекательного космоса. Вы узнаете природу построения Вселенной, ознакомитесь со структурой известных больших галактик, их составляющими. Читая статьи о нашей галактике, нам становятся более понятными некоторые из явлений, которые можно наблюдать в ночном небе.

Все галактики от Земли находятся на огромном расстоянии. Невооруженным глазом можно увидеть только три галактики: Большое и малое Магеллановы облака и Туманность Андромеды. Все галактики сосчитать нереально. Ученые предполагают, что их количество составляет около 100 миллиардов. Пространственное расположение галактик неравномерно – одна область может содержать огромное их количество, во второй вовсе не будет ни одной даже маленькой галактики. Отделить изображение галактик от отдельных звезд астрономам не удавалось до начала 90-х годов. В это время насчитывалось около 30 галактик с отдельными звездами. Всех их причисляли к Местной группе. В 1990 году состоялось величественное событие в развитии астрономии как науки – на орбиту Земли был запущен телескоп Хаббла. Именно эта техника, а также новые наземные 10-метровые телескопы дали возможность увидеть значительно большее число разрешенных галактик.

На сегодняшний день «астрономические умы» мира ломают голову о роли темной материи в построении галактик, которая проявляет себя лишь в гравитационном взаимодействии. Например, в некоторых больших галактиках она составляет около 90% общей массы, в то время как карликовые галактики могут вовсе ее не содержать.

Эволюция галактик

Ученые считают, что возникновение галактик – это естественный этап эволюции Вселенной, который проходил под воздействием сил гравитации. Приблизительно 14 млрд. лет тому назад началось формирование протоскоплений в первичном веществе. Далее, под воздействием различных динамических процессов состоялось выделение галактических групп. Изобилие форм галактик объясняется разнообразием начальных условий в их формировании.

На сжатие галактики уходит около 3 млрд. лет. За данный период времени газовое облако превращается в звездную систему. Образование звезд происходит под воздействием гравитационного сжатия газовых облаков. После достижения в центре облака определенной температуры и плотности, достаточной для начала термоядерных реакций, образуется новая звезда. Массивные звезды образованы из термоядерных химических элементов, по массе превосходящих гелий. Данные элементы создают первичную гелиево-водородную среду. Во время грандиозных взрывов сверхновых звезд образуются элементы, тяжелее железа. Из этого следует, что галактика состоит из двух поколений звезд. Первое поколение – это наиболее старые звезды, состоящие из гелия, водорода и очень небольшого количества тяжелых элементов. Звезды второго поколения обладают более заметной примесью тяжелых элементов, поскольку они формируются из первичного газа, обогащенного тяжелыми элементами.

В современной астрономии галактикам как космическим структурам отводится отдельное место. В деталях изучаются виды галактик, особенности их взаимодействия, сходства и отличия, делается прогноз их будущего. Эта область содержит еще много непонятного, того, что требует дополнительного изучения. Современная наука решила много вопросов относительно видов построения галактик, но осталось также много белых пятен, связанных с образованием этих космических систем. Современные темпы модернизации исследовательской техники, разработка новых методологий исследования космических тел дают надежды на значительный прорыв в будущем. Так или иначе, галактики всегда будут в центре научных исследований. И основано это не только на человеческом любопытстве. Получив данные о закономерностях развития космических систем, мы сможем спрогнозировать будущее нашей галактики под названием Млечный путь.

Самые интересные новости, научные, авторские статьи об изучении галактик Вам предоставит портал сайт. Здесь Вы сможете найти захватывающие видео, качественные снимки со спутников и телескопов, которые не оставляют равнодушными. Погружайтесь в мир неизведанного космоса вместе с нами!

То, что вещество во Вселенной не рассеяно, а сосредоточено в гигантских звездных скоплениях, ученые предполагали еще в XVIII веке (И. Кант, У. Гершель), но окончательно они убедились в этом лишь в начале XX века.

Звездные системы, связанные силами гравитации, называются галактиками.

Наше Солнце входит в состав галактики Млечный Путь (иначе нашу галактику обозначают словом с большой буквы - Галактика). Толщина нашей галактики составляет не более 1% от ее диаметра, то есть по форме она напоминает диск, а если еще точнее - две сложенные краями тарелки. Этот компонент Галактики так и называется - звездный диск . Диаметр диска - 30 килопарсек (100 000 световых лет), толщина – 1000 световых лет, а масса превышает массу Солнца в 150 миллиардов раз. Вдоль диска проходит темная полоса, которая представляет собой слой непрозрачной материи - межзвездной пыли и газа.

Звездный диск Галактики и полоса посередине диска
(вид сбоку)

У диска Галактики нет чётко очерченной границы - так же как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. Однако в плоскости этого диска плотность звезд гораздо выше, чем вне его.

Галактический диск вращается вокруг своего центра. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Диск Галактики имеет спиральную структуру, которая и дала название этому типу звездных скоплений - спиральные галактики. Спирали представляют собой волны, распространяющиеся в сторону вращения диска Галактики, с постоянной угловой скоростью. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики с постоянной линейной скоростью. Поэтому угловая скорость вращения зависит от расстояния до центра, убывая по мере удаления от него. Скорость движения Солнца, которое находится на окраине Галактики, составляет 220-250 км/с.

В центре диска Галактики имеется утолщение - ядро диаметром 1300 парсек. Оно находится в созвездии Стрельца. В ядре очень высока концентрация звезд: звёздная плотность здесь в миллионы раз больше, чем в окрестностях Солнца. Но, несмотря на то, что в ядре сосредоточено так много звёзд, его долгое время не удавалось наблюдать, потому, что около плоскости симметрии Галактики находятся огромные темные облака пыли, поглощающие свет звёзд. Они закрывают от нас ядро Галактики. Поэтому его стало возможным изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которые поглощаются в меньшей степени. К слову сказать, изучение родной Галактики для нас затруднено еще и тем, что мы находимся внутри нее - снаружи любой объект изучать легче. Кроме того, Солнце находится в плоскости звездного диска: здесь высока плотность межзвездного вещества, и оно затрудняет наблюдения из-за поглощения света.

Примерно так выглядит наша Галактика со стороны

Кроме огромного количества звезд в центральной области Галактики наблюдается околоядерный газовый диск радиусом более 1000 световых лет, который состоит в основном из молекулярного водорода. В самом центре Галактики предполагают существование черной дыры массой около миллиона масс Солнца.

Второй компонент Галактики, который, собственно, определяет ее внешние размеры, имеет сферическую форму. Он называется гало . Радиус гало значительно больше размеров диска - он достигает нескольких сотен тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска.

Гало, как и диск, вращается вокруг центра Галактики, но с гораздо меньшей скоростью, так как звезды в пределах гало двигаются довольно беспорядочно.

Центральная часть гало - в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики - наиболее плотная, она называется балдж (от английского слова bulge , означающего “утолщение”, "вздутие" ).

Строение нашей Галактики (вид сбоку)

Помимо одиночных звезд в Галактике встречаются звездные скопления. Их подразделяют на рассеянные скопления , шаровые скопления и звездные ассоциации .

Рассеянные звездные скопления встречаются вблизи галактической плоскости, где сконцентрированы скопления пыли и межзвездного газа. Сейчас известно более 1200 рассеянных скоплений, из них детально изучено 500. Самые известные среди них – Плеяды и Гиады в созвездии Тельца. Общее количество рассеянных скоплений в Галактике, возможно, достигает ста тысяч, каждое из них содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч звезд. Их масса невелика, и поэтому гравитационное поле не может долго сдерживать их в малом объеме пространства, поэтому за миллиарды лет рассеянные скопления распадаются.

Расеянное звездное скопление Плеяды

Шаровые звездные скопления сильно выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд в них и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 парсек. На заре эволюции Галактики по ней скитались тысячи шаровых скоплений. Многие из них были разрушены в результате столкновений друг с другом или с галактическим центром. Сегодня шаровых скоплений в нашей Галактике осталось порядка 200, и находятся они в сферическом гало. Это старейшие образования в нашей Галактике - их возраст от 10 до 12 млрд. лет. Возраст звезд, входящих в состав шаровых скоплений, весьма солиден: они прошли длинный путь эволюции и стали нейтронными звездами или белыми карликами. Звезды в шаровых скоплениях движутся по своим орбитам вокруг центра скопления, а само скопление, в свою очередь, движется по орбите вокруг центра Галактики.

Шаровое скопление Messier 80,
находящееся посередине между α Скорпиона (Антарес) и β Скорпиона (Акраб)
в части Млечного Пути, богатого туманностями

Третий тип скоплений - звездные ассоциации . Это группировки молодых звезд, так называемые ОВ-ассоциации. Они имеют протяженность от 15 до 300 парсек и содержат от нескольких десятков до нескольких сотен молодых звезд - горячих голубых гигантов и сверхгигантов. Поскольку гиганты ранних спектральных классов быстро проходят путь эволюции, то все звезды образовались в одно время и имеют небольшой возраст. Существуют также Т-ассоциации, содержащие переменные звезды, которые находятся на самых ранних этапах звездной эволюции.

Звездная ассоциация LH 72 в Большом Магеллановом Облаке.
Фотография получена с помощью широкоугольной камеры телескопа «Хаббл».
Фото: ESA/Hubble, NASA and D. A. Gouliermis

Вдоль рукавов звездного диска сосредоточены самые молодые звезды (возрастом несколько десятков миллионов лет назад), рассеянные звездные скопления и ассоциации, а также плотные облака межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В спиральных ветвях чаще наблюдаются взрывы сверхновых звезд. Более старые звезды в спиральной галактике, подобные нашему Солнцу, располагаются как в рукавах, так и между ними, создавая довольно равномерное распределение звезд по диску. В отличие от гало, где проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Активное звездообразование в спиральных рукавах связано с более высокой плотностью вещества в них. Из-за этого возрастает среднее давление на облака газа, находящиеся в межзвездном пространстве. Когда газовое облако входит в более плотную часть спирального рукава, из-за повышения давления облако делится на более мелкие сгустки вещества, которые могут конденсироваться в звезды. В результате этого процесса внутри спиральных рукавов рождаются звезды. Таким образом, рукава представляют собой как бы гигантский космический инкубатор, в котором молодые звезды располагаются вблизи передней границы рукавов. Звезды галактического диска называют населением I типа.

Гало состоит в основном из очень старых, неярких небольших звезд, возникших на ранних стадиях эволюции Галактики - их возраст порядка 12 млрд. лет. Они расположены как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, включающих более миллиона звезд. Звезды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики, и плотность вещества гало быстро падает с удалением от него. Звезды гало называют населением II типа.

Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В диске особенно много межзвездной пыли, с температурой 15–25 К, которая образовалась в результате жизнедеятельности звезд. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси железных и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03% полной массы Галактики, однако ее полная светимость составляет 30% от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне.

Анализ движения тел в Галактике показал, что ее масса должна быть на порядок больше той, которую мы определяем по видимым объектам. Значит, помимо гало, балджа и диска, с находящимися в них звездами и газом, есть огромные количества невидимого вещества, которое проявляет себя только в гравитационном взаимодействии, но не фиксируется никакими приборами. Его назвали темной материей. Диск и гало Галактики погружены в корону темной материи, размеры и масса которой в 10 раз больше, чем размеры диска и масса видимого вещества Галактики. Темная масса существует не только в нашей Галактике, но и в межгалактическом пространстве. Природа скрытой массы во Вселенной до сих пор неясна - мы все еще не знаем, из чего она состоит.