В астрономии галактический балдж (или просто балдж ) — это плотно упакованная группа звезд внутри более крупного звездного образования . Этот термин почти исключительно относится к центральной группе звезд, обнаруженной в большинстве спиральных галактик (см. галактический сфероид ). Исторически считалось, что балджи — это эллиптические галактики , вокруг которых находится диск звезд , но изображения с высоким разрешением, полученные с помощью космического телескопа Хаббл, показали, что многие балджи лежат в самом сердце спиральной галактики. В настоящее время считается, что существует по крайней мере два типа балджей: балджи, похожие на эллиптические, и балджи, похожие на спиральные галактики.
Балджи, имеющие свойства, подобные свойствам эллиптических галактик , часто называют «классическими балджами» из-за их сходства с историческим представлением о балджах. [2] Эти балджи 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 балджу отчетливую сферическую форму. [3] Из-за отсутствия пыли и газов балджи, как правило, почти не имеют звездообразования. Распределение света описывается профилем Серсика .
Классические балджи считаются результатом столкновений более мелких структур. Конвульсивные гравитационные силы и крутящие моменты нарушают орбитальные пути звезд, что приводит к рандомизированным орбитам балджей. Если какая-либо из галактик-прародителей была богата газом, приливные силы также могут вызывать притоки к новому объединенному ядру галактики. После крупного слияния газовые облака с большей вероятностью преобразуются в звезды из-за ударов (см. звездообразование ). Одно исследование показало, что около 80% галактик в поле не имеют классического балджа, что указывает на то, что они никогда не испытывали крупного слияния. [4] Доля галактик без балджей 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 ) обладают классическим балджем, демонстрируя 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 псевдобалджами или дисковидными балджами. Эти балджи имеют звезды, которые не вращаются хаотично, а скорее упорядоченно в той же плоскости, что и звезды внешнего диска. Это сильно контрастирует с эллиптическими галактиками.
Последующие исследования (с использованием космического телескопа Хаббл ) показывают, что балджи многих галактик не лишены пыли, а скорее демонстрируют разнообразную и сложную структуру. [3] Эта структура часто выглядит похожей 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 балджа, в котором они находятся. Обычно скорость, с которой новые звезды образуются в псевдобалджах, аналогична скорости, с которой звезды образуются в дисковых галактиках. Иногда балджи содержат ядерные кольца, которые образуют звезды с гораздо более высокой скоростью (на единицу площади), чем это обычно наблюдается во внешних дисках, как показано в NGC 4314 (см. фото).
Такие свойства, как спиральная структура и молодые звезды, предполагают, что некоторые балджи не образовались в результате того же процесса, который создал эллиптические галактики и классические балджи. Однако теории образования псевдобалджей менее надежны, чем теории классических балджей. Псевдобульджи могут быть результатом чрезвычайно богатых газом слияний, которые произошли позже, чем те слияния, которые сформировали классические балджи (в течение последних 5 миллиардов лет). Однако дискам трудно пережить процесс слияния, что ставит под сомнение этот сценарий.
Многие астрономы предполагают, что выпуклости, которые кажутся похожими на диски, формируются вне диска и не являются продуктом процесса слияния. Если оставить дисковые галактики в покое, они могут перестраивать свои звезды и газ (в ответ на нестабильности). Продукты этого процесса (называемого вековой эволюцией) часто наблюдаются в таких галактиках; как спиральные диски , так и галактические перемычки могут быть результатом вековой эволюции галактических дисков. Также ожидается, что вековая эволюция отправит газ и звезды в центр галактики. Если это произойдет, это увеличит плотность в центре галактики и, таким образом, создаст выпуклость, которая имеет свойства, подобные свойствам дисковых галактик.
Если вековая эволюция, или медленная, устойчивая эволюция галактики, [9] ответственна за формирование значительного числа балджей, то это значит, что многие галактики не испытывали слияния с момента формирования их диска. Это тогда означало бы, что текущие теории формирования и эволюции галактик значительно переоценивают количество слияний за последние несколько миллиардов лет. [3] [4] [5]
Галактики, видимые с ребра, иногда могут иметь коробчатую/арахисовую выпуклость с X-образной формой. Коробчатая природа выпуклости Млечного Пути была выявлена спутником COBE и позже подтверждена обзором VVV с помощью красных звезд сгущения . Обзор VVV также обнаружил две перекрывающиеся популяции красных звезд сгущения и X-образную форму выпуклости. Спутник WISE позже подтвердил X-образную форму выпуклости. X-образная форма составляет 45% массы выпуклости в Млечном Пути. [10] Коробчатые/арахисовые выпуклости на самом деле являются перемычкой галактики , видимой с ребра. [11] Другие галактики, видимые с ребра, также могут показывать коробчатую/арахисовую перемычку иногда с X-образной формой.
Большинство балджей и псевдобалджей, как полагают, содержат центральную релятивистскую компактную массу, которая традиционно считается сверхмассивной черной дырой . Такие черные дыры по определению не могут наблюдаться напрямую (свет не может их покинуть), но различные свидетельства предполагают их существование 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 общую звездную массу или светимость балджа, [15] [16] [17] центральную концентрацию звезд в балдже, [18] богатство системы шаровых скоплений , вращающихся на дальних окраинах галактики, [19] [20] и угол закручивания спиральных рукавов. [21]
До недавнего времени считалось, что не может быть сверхмассивной черной дыры без окружающего ее балджа. В настоящее время наблюдаются галактики, в которых находятся сверхмассивные черные дыры без сопутствующих балджей. [4] [22] [23] Подразумевается, что среда балджа не является строго необходимой для первоначального зарождения и роста массивных черных дыр.
