В астрономии галактическая выпуклость (или просто выпуклость ) — это плотно упакованная группа звезд внутри более крупного звездного образования . Этот термин почти исключительно относится к центральной группе звезд, встречающейся в большинстве спиральных галактик (см. галактический сфероид ). Исторически считалось, что балджи — это эллиптические галактики , вокруг которых находится звездный диск , но изображения с высоким разрешением, полученные с помощью космического телескопа Хаббла, показали, что многие балджи лежат в центре спиральной галактики. Сейчас считается, что существует по крайней мере два типа балджей: балджи, похожие на эллиптические, и балджи, похожие на спиральные галактики.
Балджи, имеющие свойства, аналогичные свойствам эллиптических галактик , часто называют «классическими балджами» из-за их сходства с историческим представлением о балджах. [2] Эти выпуклости состоят в основном из более старых звезд, звезд населения II , и, следовательно, имеют красноватый оттенок (см. звездную эволюцию ). [3] Эти звезды также находятся на орбитах, которые по сути случайны по сравнению с плоскостью галактики, что придает выпуклости отчетливую сферическую форму. [3] Из-за отсутствия пыли и газов в балджах почти не наблюдается звездообразования. Распределение света описывается профилем Серсика .
Считается, что классические выпуклости являются результатом столкновений более мелких структур. Конвульсивные гравитационные силы и крутящие моменты нарушают орбитальные пути звезд, что приводит к хаотизированным выпуклым орбитам. Если какая-либо галактика-прародительница была богата газом, приливные силы также могут вызвать приток газа к недавно слившемуся ядру галактики. После крупного слияния газовые облака с большей вероятностью превратятся в звезды из-за потрясений (см. Звездообразование ). Одно исследование показало, что около 80% галактик в этой области не имеют классического балджа, что указывает на то, что они никогда не испытывали крупных слияний. [4] Доля галактик без выпуклостей во Вселенной оставалась примерно постоянной в течение, по крайней мере, последних 8 миллиардов лет. [5] Напротив, около двух третей галактик в плотных скоплениях галактик (таких как скопление Девы ) действительно обладают классическим балджем, что демонстрирует разрушительный эффект их скученности. [4]
Многие балджи имеют свойства, более похожие на свойства центральных областей спиральных галактик, чем эллиптических галактик. [6] [7] [8] Их часто называют псевдовыпуклыми или диско-выпуклыми. В этих выпуклостях есть звезды, которые вращаются не случайно, а упорядоченно в той же плоскости, что и звезды внешнего диска. Это сильно контрастирует с эллиптическими галактиками.
Последующие исследования (с помощью космического телескопа «Хаббл» ) показывают, что балджи многих галактик не лишены пыли, а скорее демонстрируют разнообразную и сложную структуру. [3] Эта структура часто похожа на спиральную галактику , но намного меньше. Гигантские спиральные галактики обычно в 2–100 раз больше тех спиралей, которые существуют в балджах. Там, где они существуют, эти центральные спирали доминируют в свете выпуклости, в которой они находятся. Обычно скорость образования новых звезд в псевдобалджах аналогична скорости образования звезд в дисковых галактиках. Иногда выпуклости содержат ядерные кольца, из которых звезды формируются с гораздо большей скоростью (на площадь), чем обычно наблюдается во внешних дисках, как показано в NGC 4314 (см. фото).
Такие свойства, как спиральная структура и молодые звезды, позволяют предположить, что некоторые балджи образовались не в результате того же процесса, который сформировал эллиптические галактики и классические балджи. Однако теории образования псевдовыпуклостей менее точны, чем теории классических выпуклостей. Псевдовыпуклости могут быть результатом чрезвычайно богатых газом слияний, которые произошли позже, чем те слияния, которые образовали классические выпуклости (в течение последних 5 миллиардов лет). Однако дискам трудно пережить процесс слияния, что ставит под сомнение этот сценарий.
Многие астрономы предполагают, что выпуклости, похожие на диски, образуются за пределами диска, а не являются продуктом процесса слияния. Если оставить их в покое, дисковые галактики могут перестроить свои звезды и газ (в ответ на нестабильность). Продукты этого процесса (называемого вековой эволюцией) часто наблюдаются в таких галактиках; как спиральные диски , так и галактические перемычки могут возникнуть в результате вековой эволюции дисков галактик. Ожидается также, что вековая эволюция отправит газ и звезды в центр галактики. Если это произойдет, это увеличит плотность в центре галактики и, таким образом, создаст балдж, имеющий свойства, аналогичные свойствам дисковых галактик.
Если вековая эволюция, или медленная, устойчивая эволюция галактики, [9] ответственна за образование значительного количества балджей, то многие галактики не испытывали слияния с момента образования своего диска. Тогда это означало бы, что современные теории формирования и эволюции галактик значительно переоценивают количество слияний за последние несколько миллиардов лет. [3] [4] [5]
Галактики, расположенные с ребра, иногда могут иметь квадратную выпуклость Х-образной формы. Квадратная природа выпуклости Млечного Пути была обнаружена спутником COBE и позже подтверждена обзором VVV с помощью красных звезд-скоплений. Обзор VVV также обнаружил две перекрывающиеся популяции звезд красного скопления и X-образную форму балджа. Позже спутник WISE подтвердил X-образную форму выпуклости. Х-образная форма составляет 45% массы выпуклости Млечного Пути. [10] Квадратные выпуклости в форме арахиса на самом деле представляют собой полосу галактики, видимую с ребра. [11] Другие галактики, видимые с ребра, также могут иметь квадратную/ореховую полосу, иногда Х-образную.
Считается, что большинство балджей и псевдобалджей содержат центральную релятивистскую компактную массу, которую традиционно считают сверхмассивной черной дырой . Такие черные дыры по определению нельзя наблюдать напрямую (свет не может покинуть их), но различные данные свидетельствуют об их существовании как в балджах спиральных галактик, так и в центрах эллиптических. Массы черных дыр тесно коррелируют со свойствами балджа. Соотношение M -сигма связывает массу черной дыры с дисперсией скоростей звезд балджа, [13] [14] , в то время как другие корреляции включают полную звездную массу или светимость балджа, [15] [16] [17] центральную концентрацию звезды в балдже, [18] богатство системы шаровых скоплений , вращающихся на дальних окраинах галактики, [19] [20] и угол намотки спиральных рукавов. [21]
До недавнего времени считалось, что сверхмассивная черная дыра не может существовать без окружающего ее балджа. В настоящее время наблюдаются галактики, содержащие сверхмассивные черные дыры без сопутствующих балджей. [4] [22] [23] Из этого следует, что среда балджа не является строго необходимой для первоначального зарождения и роста массивных черных дыр.
