Наша собственная сверхгалактика Млечный путь пример большой спиральной галактики, в ее составе находится от двух до четырех сотен миллиардов звёзд – обширная коллекция! Галактики, что гораздо мельче нашей, называют карликовыми. Они содержат несколько миллиардов звёзд и составляют долю массы Млечного Пути.

Пример карликовой галактики – Большое Магелланово Облако, расположенное в 160000 световых лет от Земли. В нём содержится около одной десятой массы Млечного Пути и около 10% его звёзд.

Две другие карликовые галактики расположены ещё ближе к Млечному Пути и захватываются его притяжением. Остальные являются остатками, разорванными гравитационным полем нашей галактики и постепенно врастающими в ее структуру.

Некоторые астрономы полагают, что крупнейший шаровой кластер Млечного Пути, Омега Центавра, мог когда-то быть карликовой галактикой, лишённой со временем своих периферийных звёзд. Подобно своим старшим братьям карликовые галактики делятся на три основных вида: эллиптические, неправильные и спиральные.

Ультракомпактными называются самые крошечные галактики во Вселенной. Это недавно открытый класс галактик, немногим больше шарового кластера. Они могут быть всего 200 световых лет в диаметре и насчитывать около ста миллионов звёзд. Существует мнение, что ультракомпактные карликовые галактики – это всего лишь ядра обычных карликовых галактик, лишённых газа и периферийных звёзд.

Карликовая галактика – небольшая галактика, состоящая из нескольких миллиардов звёзд (что очень мало по сравнению, например, с нашей галактикой, насчитывающей около 200-400 миллиардов звёзд). К карликовым относят галактики со светимостью примерно в 100 раз меньше светимости Млечного Пути), что примерно соответствует − 16^m абсолютной звёздной величине. Большое Магелланово Облако, включающее 30 миллиардов звёзд, иногда классифицируется как карликовая галактика, в то время как другие рассматривают её как полноценную галактику, движущуюся вокруг Млечного Пути.

Очень сильно разнятся карликовые галактики по поверхностной яркости. Если обычные галактики имеют среднюю поверхностную яркость примерно равную яркости ночного неба, то карликовые галактики отличаются друг от друга по своей поверхностной яркости более чем на 10^m.

Если не считать галактики-спутники Туманности Андромеды M 32 и NGC 205, которые занимают пограничное положение между карликовыми и нормальными галактиками, первые карликовые галактики были обнаружены Х. Шепли в конце 1930-х годов, при проведении обзора неба в окрестности Южного полюса мира для статистического исследования галактик на обсерватории Гарвардского университета в Южной Африке. Сначала Шепли обнаружил неизвестное ранее скопление звезд в созвездии Скульптор, содержащее около 10 тысяч звезд 18-19,5^m. Вскоре было обнаружено подобное скопление в созвездии Печь. После того, как для исследования этих скоплений задействовали 2,5 м телескоп обсерватории Маунт-Вилсон, в них удалось найти цефеиды и определить расстояния. Оказалось, что оба неизвестных скопления расположены вне пределов нашей галактики, то есть представляют собой новый тип галактик низкой поверхностной яркости.

Открытия карликовых галактик стали массовыми после того как в 1950-х годах был выполнен паломарский обзор неба с помощью 120-сантиметровой камеры Шмидта на обсерватории Маунт-Паломар. Оказалось, что карликовые галактики – это самые распространённые галактики во Вселенной.

В Местной группе находится очень много карликовых галактик: это маленькие галактики, часто вращающиеся по орбите вокруг крупных галактик, таких как Млечный Путь, Андромеда и Галактика Треугольника. Обнаружено 14 карликовых галактик, вращающихся вокруг нашей Галактики. Не исключено, что шаровое скопление Омега Центавра – это ядро захваченной в прошлом карликовой галактики.

Существует несколько основных типов карликовых галактик:

• Карликовая эллиптическая галактика (dE) – похожа на эллиптические галактики.

• Карликовая сфероидальная галактика (dSph) – подтип dE, отличающийся особенно низкой поверхностной яркостью.

• Карликовая неправильная галактика (dIr) – подобна неправильным галактикам, имеет клочковатую структуру.

• Карликовая голубая компактная галактика (dBCG или BCD) – имеет признаки активного звездообразования.

• Ультракомпактные карликовые галактики (UCD) – класс очень компактных галактик, содержащих порядка 108 звёзд при характерном поперечном размере около 50 пк. Предположительно, эти галактики являются плотными остатками (ядрами) карликовых эллиптических галактик, пролетевших сквозь центральные части богатых скоплений галактик. Ультракомпактные галактики были обнаружены в скоплениях галактик в Деве, Печи, Волосах Вероники, Абель 1689 и др.

• Карликовая спиральная галактика – аналог спиральных галактик, но, в отличие от нормальных галактик, встречается чрезвычайно редко.

Недавно придуманный термин Галактики-хоббиты было решено использовать для обозначения галактик, которые меньше и тусклее чем карликовые галактики.

Проблема дефицита карликовых галактик (также известная как «проблема исчезнувших карликовых галактик-спутников»). Суть её в том, что число карликовых галактик (по отношению к числу обычных галактик) на целый порядок меньше числа, которое должно быть согласно моделированию по иерархическому распределению структур тёмной материи и общей космологии.

Есть два возможных решения этой проблемы:

1. карликовые галактики разрушаются приливными силами более крупных галактик;

2. карликовые галактики просто не видны, так как их тёмная материя не в состоянии привлечь достаточное количество барионной материи, чтобы они стали видимыми.

Второе решение частично подтверждается недавним (2007 год) открытием обсерваторией Кека восьми ультра-тусклых карликовых галактик (галактик-хоббитов) – спутников Млечного пути. Шесть из них на 99.9% состоят из темной материи (соотношение «массы к свету» составляет около 1000).

Подробное исследование таких галактик и особенно относительных скоростей отдельных звезд в них, позволила астрономам предположить, что мощное ультрафиолетовое излучение гигантских молодых звезд в своё время «выдуло» из таких галактик большую часть межзвездного газа (поэтому там мало звезд), но оставило тёмную материю, которая именно поэтому сейчас преобладает. Некоторые из подобных тусклых карликовых галактик с подавляющим преобладанием тёмной материи астрономы предлагают искать непрямыми наблюдениями: по «кильватерному следу» в межгалактическом газе, т.е. по притяжению струй газа к этой «невидимой» галактике.

Карликовые галактики – самый многочисленный класс галактик в природе, но из-за низкой светимости их детальное изучение возможно лишь на сравнительно близких расстояниях.

Не существует резкой границы между карликовыми галактиками и обычными галактиками. Карликовые галактики часто являются спутниками более ярких и массивных галактик и концентрируются к группам и скоплениям галактик. Несколько десятков карликовых галактик обнаружено в Местной группе галактик: большинство из них концентрируется к нашей Галактике или к туманности Андромеды.

Самые маленькие карликовые галактики имеют массу всего ок. 1 миллиона масс Солнца – такую же, как крупнейшие шаровые звёздные скопления, но отличаются от последних значительно бóльшим размером и значительно меньшей плотностью. Размеры карликовой галактики составляют от менее ста парсек до нескольких килопарсек, массы могут достигать нескольких миллиардов масс Солнца. Как минимум две карликовые галактики – в созвездиях Стрельца (расстояние от Солнца ок. 25 кпк) и Большого Пса (менее 10 кпк) – находятся на периферии нашей Галактики, где они разрушаются под действием приливных сил. Из ближайших спутников Галактики к карликовой галактике можно отнести Малое Магелланово Облако, а также небольшие галактики очень низкой яркости в созвездиях Секстанта, Дракона и Малой Медведицы.

Как и обычные галактики, карликовые галактики содержат звёзды различного возраста (которые, как правило, отличаются очень низким содержанием химических элементов тяжелее гелия), а также межзвёздный газ и тёмную (несветящуюся) материю. Наблюдаемые свойства карликовых галактик крайне разнообразны. Большинство известных карликовых галактик может быть отнесено к одному из пяти типов.

Эллиптические карликовые галактики представляют собой эллиптические галактики низкой светимости.

Сфероидальные карликовые галактики – наиболее разреженные карликовые галактики, отличаются от эллиптических значительно более низкой поверхностной яркостью и крайне низкой объёмной плотностью. Они образованы старыми звёздами и практически не содержат газа.

Неправильные карликовые галактики относятся к классу неправильных (иррегулярных) галактик, отличаясь низкой светимостью. Звёзды этих карликовых галактик образуют толстые вращающиеся диски. В неправильных карликовых галактиках обычно содержится много газа (иногда более 50% по массе), в котором происходит образование звёзд. Интенсивность звездообразования сильно различается от галактики к галактике, что объясняет большое разнообразие их характеристик.

Голубые компактне карликовые галактики – галактики небольшого размера, обладающие высокой поверхностной яркостью и голубым цветом. В этих карликовых галактиках происходит вспышка звездообразования (отсюда и голубой цвет галактик).

Ультракомпактные карликовые галактики представляют собой плотные звёздные системы с характерными размерами в несколько десятков парсек, похожие на очень массивные шаровые скопления. Они обнаружены в нескольких скоплениях галактик. По крайней мере часть ультракомпактных карликовых галактик представляют собой центральные звёздные скопления небольших разрушившихся галактик. В процессе эволюции карликовые галактики могут менять свой тип.

Большинство карликовых галактик возникло как самостоятельные звёздные системы миллиарды лет назад, но некоторые могут быть сравнительно молодыми. Карликовые галактики сливаясь с массивными галактиками, должны были играть большую роль при формировании последних.

Астрономы обнаружили, что расположенная неподалеку от нас карликовая галактика испускает в межгалактическое пространство кислород и другие тяжелые элементы. Открытие сделано с помощью рентгеновской обсерватории НАСА под названием «Чандра».

Тяжелые элементы, составляющие лишь крайне небольшую долю вещества во Вселенной, играют весьма важную роль в процессах образования планет, а уровень их концентрации может значительно влиять на скорость протекания таких процессов, как образование галактик.

Группа под руководством Кристал Мартин (Crystal Martin) из Калифорнийского университета наблюдала с помощью «Чандры» карликовую галактику NGC1569. Выяснилось, что галактика испускает в окружающее пространство «пузыри» (размером в тысячи световых лет) разогретого до миллионов градусов газа. В них содержатся гигантские объемы кислорода и других тяжелых элементов.

«Карликовые галактики намного меньше обычных, вроде нашего Млечного Пути, – поясняет г-жа Мартин, – и гораздо чаще встречаются. Из-за небольшой массы их сила притяжения мала, и веществу проще покинуть карликовую, чем обычную галактику. Вот почему они столь важны для понимания того, каким образом Вселенная наполняется различными химическими элементами».

Ученые полагают, что тяжелые элементы, покидавшие карликовые галактики на ранней стадии развития Вселенной, сыграли важную роль в обогащении тяжелыми элементами межгалактического газа, из которого впоследствии образовывались галактики. Газ, содержащий тяжелые элементы, должен остывать значительно быстрее, и, следовательно, скорость образования галактик должна напрямую зависеть от химического состава межгалактического газа.

«С помощью «Чандры» можно проверить эти гипотезы, – отметил один из членов группы, Генри Кобулницки (Henri Kobulnicky) из Висконсинского университета. – Мы можем определить распределение кислорода и других элементов в галактике, а также определить, какая его доля покидает галактику».

NGC 1569 в этом смысле – прекрасный объект для исследования, поскольку расположена она всего лишь в 7 миллионов световых лет от Земли, и в течение последних 10-20 млн. лет в ней идет интенсивный процесс звездообразования и взрывов сверхновых. Возможно, его причиной стало столкновение галактикис массивным газовым облаком. Взрывающиеся звезды извергают с огромной скоростью потоки кислорода и других тяжелых элементов, которые разогревают газ внутри галактики до миллионов градусов. Горячий газ сметает газовый диск галактики, распространяясь в окружающем пространстве со скоростью во многие сотни тысяч миль в час.

Исследователи обнаружили, что огромные «пузыри» газа распространяются по обе стороны газового диска, расположенного в экваториальной плоскости галактики. Измерения концентрации кислорода, неона, магния и кремния показывают, что вещество тысяч сверхновых звезд стремительно покидает галактику, увлекая с собой окружающий газ. Оценки показывают, что пузыри несут в себе кислорода столько, сколько его содержится в трех миллионах Солнц.

Исследователям из Канады, США и Чили впервые удалось зафиксировать скопления карликовых галактик, собравшиеся в небольшие гравитационно связанные группы и, вероятно, идущие к слиянию в одну более крупную галактику.

Учёные использовали данные различных телескопов, чтобы найти 7 групп карликовых галактик. Каждая из групп включала от трёх до пяти таких галактик, расположенных на удалении от 200 до 650 миллионов световых лет от Земли. Масса обычной материи каждого такого объекта находилась в диапазоне от 4,4 миллиарда до 20 миллиардов солнечных. Вместе с тем по их поведению и воздействию на близлежащие объекты было видно, что масса тёмной материи в каждом должна быть много больше, чем масса обычной, видимой, материи.

Наблюдения имеют чрезвычайно большое значение. Дело в том, что по общепринятой физической модели развития Вселенной практически все крупные галактики, включая ту, в которой живём мы, должны были образоваться именно при слиянии нескольких карликовых. Однако на практике такие слияния очень трудно обнаружить. Большинство из них случились примерно тогда же, когда образовался наш Млечный Путь, то есть много миллиардов лет назад. Расстояние от Земли до карликовых галактик в таких группах почти всегда составляет много миллиардов световых лет. А увидеть такие тусклые объекты на столь значительном отдалении очень сложно. Их затмевают массивные и яркие галактики, в которых слияние уже произошло.

В нашу эпоху подобные слияния должны быть очень редки, потому что почти все они уже случились, и карликовые галактики сейчас в основном можно увидеть в качестве спутников больших. Тем ценнее редкие наблюдения их самосборки в группы, из которых со временем образуются более крупные галактики.

Астрономы обнаружили и тщательно взвесили черные дыры, которые «принадлежат» двум чрезвычайно маленьким галактикам. Оказалось, что их масса составляет большую часть массы галактики, в которой они находятся. Ультра-компактные карликовые галактики стали второй и третьей в списке «владельцев» громадных черных дыр, доказав, что первое подобное явление, открытое в 2014 году, не такое уж редкое. «Уже три из трех», – отметил ученый Анил Сет из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити. Он и его коллеги, который занимались подсчетами, считают, что маленькие галактики раньше были гораздо больше по размеру и массе, но их «притеснили» и разрушили «соседи». Сет и его команда оценивали массу черных дыр с помощью адаптивной оптической системы, то есть датчика, измеряющего искажения, которая корректирует атмосферные искажения и позволяет наиболее точно измерить движения звезд в галактиках. Последующее моделирование этих движений и позволяет предположить массу центральных черных дыр.

Две новоизученные галактики находятся в созвездии Девы, и это достаточно опасное соседство: тысячи других звездных систем, проживающих рядом, могут проноситься мимо них и «воровать» чужие звезды. «Это открытие стало свидетельством того, что «карлики» являются остатками крупных галактик», – считает исследователь Елена Галло из Мичиганского университета. Как подчеркивает Елена, если все подобные звездные системы «обворованы», то количество огромных черных дыр может быть гораздо больше, чем сейчас предполагают ученые.

Млечный Путь вмещает 200-400 миллиардов звезд и отображает огромную спираль. Однако есть и меньшие образования – карликовые галактики с несколькими миллиардами звезд. Можно рассмотреть этот тип, основываясь на показателях Большого Магелланова Облака, удаленного на 160000 световых лет. Достигает 1/10 массы нашей галактики и располагает лишь 10% ее звезд. Ранее возле Млечного Пути находилось еще две карликовые, которые он поглотил.

Есть предположение, что Омега Центавра (наибольшее скопление шарового типа) в нашей галактике могло быть полноценной карликовой, чьи внешние звезды отделились.

Эту разновидность можно поделить на три типа по форме: эллипс, спираль и неправильные. Наименьшие называют ультракомпактными карликовыми галактиками. Этот класс нашли не так давно, и представители лишь немного превосходят по размерам шаровые звездные скопления. Способны простираться на 200 световых лет и вмещать 100 миллионов звезд. Возможно, это ядра карликовых эллиптических галактик, у которых закончился газ.