Книга «Галактики» - збір найсучасніших уявлень про галактики. У книги 11 авторів, включаючи Володимира Сурдіна, який виступив редактором-упорядником.
Коли Едвін Хаббл вибудовував схему морфологічних типів галактик, зліва він розмістив найпростіші (однокомпонентні) зоряні системи - еліптичні галактики, а далі - чим правіше на схемі, тим складніше виглядає структура галактики. Типи галактик у лівій частині схеми Хаббл назвав ранніми, а в правій - пізнікими. Можливо, в цю послідовність морфологічних типів галактик, що нагадує камертон, Хаббл вкладав еволюційний сенс? З одного боку, в його таї 1926 року про морфологічну класифікацію галактик є примітка, що типи галактик - це чиста феноменологія, мовляв, не шукайте в них прихованих смислів. З іншого боку, в цій же статті він зізнається, що побудована виключно за спостережними ознаками послідовність типів галактик «» майже ідентична шляху розвитку, витягнутому Джинсом з суто теоретичних досліджень «». Як відомо, англійський астрофізик Джеймс Джинс на початку XX століття сформулював основні фізичні принципи, за якими з газу формуються зірки. Заселення галактики новонародженими зірками, згрупованими в великомасштабні сктруктури - це якраз і є еволюція галактики, спектрофотометрична і морфологічна. На наш погляд, є всі підстави вважати, що Хаббал вважав ймовірним розвиток спіральної галактики з еліптичної шляхом нарощування великомасштабного диска навколо початкового однорідного зоряного сфероїду. Тобто напрямок еволюції галактик на цукрі морфологічних типів малювався йому подібним напрямку європейської писемності - зліва направа, вздовж ручки, а потім уздовж ніжок «» камертона «» .Семідесяті роки минулого століття були раннім золотим століттям позагалактичної астрономії. З'явилися перші, ще нечисленні, але вже вирішальні для світогляду дослідників спостережні дані про структуру, кінематику і звздне населення галактик (Sandage, 1975). У ногу зі спостереженнями йшла і теоретична думка: молоді геніальні аспіранти ваяли моделі «» на століття «», такі, наприклад, як запропонована Річардом Ларсом модель формування шляхом «» монолітного колапсу «» протогалактичної газової хмари або модель еволюційного синтезу інтегрального спектру галактик, розроблена Біатріс Тінслі. У ті роки стало ясно, що формування спіральних галактик з еліптичних в масовому порядку неможливе: еліптичні галактики в середньому масивніші за пізні спіральні. Більше того, Річард Ларсон, уточнюючи свої моделі монолітного колапсу, зрештою дійшов висновку, що з протогалактичної газової хмари зірковий диск сформуватися може, а ось сфероїдальна еліптична галактика - ні. Спостереження показали, що еліптичні галактики обертаються дуже повільно і що вся кінетична енергія зірок зосереджена в їх хаотичному русі. Щоб отримати таку зіркову систему, у протогалактичної хмари треба відібрати момент імпульсу, тобто уповільнити його обертання, а прийнятних фізичних механізмів для цього в рамках моделі монолітного колапсу знайти не вдавалося. До 1978 року Річард Ларсон зважився на принциповий крок і різко змінив підхід до формування еліптичних галактик: він прийняв ідею Тоомре про визначальну роль взаємодій і злиття галактик в їх еволюції і припустив, що еліптична галактика формується шляхом злиття двох дискових, спіральних. На жаргоні професіоналів цей процес називають «» мержингом «», від англійського merge - поглинати, зливатися. Сценарій галактичного мержингу, як вважала Ларсон, одним махом вирішує дві проблеми. Бурхлива динамічна подія злиття двох дисків відбирає в обох момент імпульсу і «» розігріває «» отриману в підсумку зоряну систему, повідомляючи її зіркам хаотичні рухи (збільшуючи дисперсію просторових швидкостей). Відношення осей отриманого зоряного сфероїду визначається ставленням середніх дисперсій сокростей зірок уздовж напрямків цих осей. Про такі системи говорять, що їхня форма підтримується не обертанням, а анізотропним хаотичним рухом зірок.Другою проблемою був зв'язок між хімічним складом і масою галактики <... > чим масивніше еліптична галакткіка, тим вище вміст важких елементів в її зірках. Новий сценарій Ларсона пояснював таку залежність, якщо припускати, що кожна подія злиття спіральних галактик, що містять ніс тільки зірки, але і газ, супроводжується бурхливим спалахом зіроутворення - швидким перетворенням газу зливаються галактик на зірки. Ці зірки, точніше, наймасивніші з них, повинні швидко виробити у своїх надрах нові важкі елементи, викинути їх у міжзоряне середовище і тим самим забезпечити наступним поколінням зірок більш високу металічність. Отже, кожне злиття - це одночасно збільшення маси всієї системи, і підвищення металійності зірок еліптичної галактики; необхідна кореляція природним чином встановлюється. Так наприкінці 1970-х років перекинувся еволюційний сенс хабблівської послідовності морфологічних типів: тепер еволюцію «» малювали «» справа наліво: спочатку утворювалися суто дискові галактики, а потім вже диски зливалися і формували сфероїди - галактики еліптичні. Ця ідея дуже сподобалася космологам, які досліджують загальну картину еволюції Всесвіту з іншого, теоретичного боку. Головна ідея сучасної косміологічної картини світу - це гравітаційне нудьгування темної матерії, яка в сенсі гравітації домінує у Всесвіті, а баріони (звичайний газ) лише слухняно йдуть за ней. Темна матерія спочатку йде хвилями, потім розбивається на грудки, а потім ці грудки колапсують (стискаються до стану динамічної рівноваги) і починають зближуватися і зливатися один з одним під дією все тієї ж гравітації. Злиття відіграють ключову роль у формуванні великомасштабної структури Всесвіту і у формуванні галактик в рамках концепції ієрархічного нудьгування, яке відбувається неминуче, якщо Всесвіт заповнений темною матерією і якщо ця темна матерія нічого іншого не може робити, крім як гравітувати. Отже, згідно з сучасними уявленнями космологів, у ранньому Всесвіті спочатку сформуються маленькі темні гало, а в них - карликові галактики. При формуванні темних гало газ, що становить по масі не більше 20 відсотків від маси темної матерії, віріалізується, тобто рівномірно розподіляється за сфероїдальним обсягом темного гало і нагрівається до віріальної температури, що забезпечує тиск, достатній для припинення його стиснення. Потім газ поступово висвічується, остигає і осаджується в диск, оскільки енергія йде з випромінюванням, а момент імпульсу нікуди не дівається. У газовому диску починається зіроутворення - в центрі невеликого темного гало формується невелика дискова галактика. Під впливом взаємної гравітації невеликі темні гало продовжують зближуватися, угруповатися і зливатися. При злитті двох темних гало їх дві дискові галактики теж зливаються (правда, з деякою затримкою за часом) і утворюють одну еліптичну. В принципі, якщо в обсязі темних гало ще залишався «» безпритульний «» гарячий газ (а за розрахунками він повинен залишатися, оскільки облога і зіроутворення - досить неефективні процеси), то цей газ буде продовжувати висвічуватися і остигати, осаджуючись в диск вже навколо центральної еліптичної галактики. Так, за думкою теоретиків, формувалися спіральні галактики ранніх типів - дискові, з великими балджами. Далі це темне гало, можливо, знову з чимось зіллється; навряд встигла сформуватися спіральна галактика раннього типу знову візьме участь у «» великому мержингу «» і породить ще більшу еліптичну галактику. В принципі далі цикли можуть повторюватися. Така класична схема формування хабблівських морфологічних типів галактик, сформульована космологами на початку 1990-х років. Розрахунки на суперкомп'ютерах дозволили навіть візуалізувати цей процес (Governato F. et al., 2012). Якісно начебто виходило добре.Однак сучасна космологія претендує на те, що тепер це точна, кількісна наука: основні космологічні параметри визначаються з формальною точністю в кілька відсотків. У такому випадку ключове питання в цьому стрункому сценарії формування морфологічних типів галактик - його тимчасова шкала. Загальноприйнятою космологічною моделлю зараз є модель з холодною темною матерією і лямбда-членом у рівнянні Ейнштейна <... > У цій моделі в рамках концепції ієрархічного нудьгування всі часи затиснуті досить жорстко: наприклад, масивні еліптичні галактики повинні формуватися останніми, і при цьому порівняно недавні. Всі розрахунки, всі численні моделі вказують, що епоха останніх великих злиттів, що народжують великі еліптичні галактики, віддалена від нас на червоне зміщення z = 0,5-0,7, тобто на 5-6 млрд років у минуле. Якщо це злиття супроводжувалося спалахом зореутворення, то ми повинні бачити в близьких гігантських еліптичних галактиках відносно молоді зірки. Насправді їх там немає. З близьких галактик імен але гігантські еліптичні галактики - найстаріші зоряні системи (поряд з шаровими скупченнями): для них спостерігається кореляція «маса - вік зоряного населення». Якщо у еліптичних карликів виміряний середній вік зірок ще буває близько 5 млрд років, то у гігантських еліптичних галактик всі зірки старше 10 млрд років, і вже точно ніяких спалахів зіроутворення вони не відчували після z = 1.Что можуть сказати теоретики на цю розбіжність між теоретичними прогнозами і спостереженнями? В принципі, теоретики - народ винахідливий. Вони заявили: нехай гігантські еліптичні галактики утворюються злиттями, але не спіральних галактик, а інших еліптичних галактик, поменше, в яких немає газу. Тоді буде «сухий мержинг», без газу, спалаху зіроутворення не відбудеться, і всі зірки в продукті злиття залишаться старими. Насправді, проблем у великого віку зірок в еліптичних галактиках такий сценарій вирішує. Правда, тутже з'являється проблема з кореляцією «металійність - маса»: якщо нова галактика отримає повний набір своїх зірок від галактик-попередників, що мали меншу масу, то разом із середнім віком зірок продукт злиття успадкує і середню металічність зоряного населення. У такому сценарії кореляції маси галактики з металічністю взагалі не повинно бути. Апофеозом внесення еволюційного сенсу в хабблівську схему морфологічних типів галактик стало з'єднання двох ніжок хаббловського «камертона» похилими перемичками: галактики, що мають бари, можуть їх втрачати і пізніше купувати знову; на думку теоретиків-динаміків, бари є транзієнтними (тимчасовими) структурами. До цього висновку теоретики прийшли на основі чисельного моделювання, яке показало, що бари зароджуються в центрах галактичних дисків під дією різних механізмів динамічної еволюції. Можна взяти ізольований диск, що стоїть на 90% з зірок і на 10% з газу, тобто досить холодний в динамічному сенсі, і залишити його «в спокої», тобто в стані спокійного обертання. Через деякі сотні мільйонів років у центрі такого диска сам собою з'явиться помітний бар - результат розвитку гравітаційної нестійкості в динамічно холодному диску. Можна взяти навіть цілком стійкий зірковий диск, оточений стабілізуючим його темним гало, і запустити близький проліт супутника, невеликого, наприклад з масою в 10% від маси основної галактики. І в цьому випадку не тільки вовнешніх частинах диска витягнуться хвости і спіралі, але і в його центрі сформується бар, що обертається з кутовою швидкістю про ходіння супутника по орбіті.
Загалом, бари неминуче формуються протягом життя дискових галактик; але виявилося, що вони так само можуть зникати, «розсмоктуватися». Якщо в центр галактики «впустити» значну масу, наприклад в 5% від загальної маси галактик і (скажімо, різко наростити в моделі масу балджа), то ця сильно концентрована маса «циркуляризує» орбіти зірок у своїй досить протяжній околиці - і бар зникне. Пізніше, наприклад після чергового близького проходження іншої галактики, бар може з'явитися знову. У результаті спіральна галактика «подорожуватиме» між ніжками хабблівського «камертона», поступово нарощуючи балдж, тобто зсуваючись до ранніх типів.