Эллиптическая галактика — это тип галактики с приблизительно эллипсоидальной формой и гладким, почти лишенным деталей изображением. Они являются одним из четырех основных классов галактик, описанных Эдвином Хабблом в его последовательности Хаббла и работе 1936 года «Царство туманностей» [1] , наряду со спиральными и линзовидными галактиками. Эллиптические (E) галактики, вместе с линзовидными галактиками (S0) с их крупномасштабными дисками и галактиками ES [2] [3] [4] с их промежуточными масштабными дисками, являются подмножеством популяции галактик «раннего типа».
Большинство эллиптических галактик состоят из старых, маломассивных звезд с разреженной межзвездной средой , и они, как правило, окружены большим количеством шаровых скоплений . Активность звездообразования в эллиптических галактиках, как правило, минимальна; однако, они могут претерпевать краткие периоды звездообразования при слиянии с другими галактиками. [5] Считается, что эллиптические галактики составляют приблизительно 10–15% галактик в Сверхскоплении Девы , и они не являются доминирующим типом галактик во Вселенной в целом. [6] Они преимущественно находятся вблизи центров скоплений галактик . [7]
Эллиптические галактики различаются по размеру от карликовых эллиптических с десятками миллионов звезд до сверхгигантов с более чем сотней триллионов звезд , которые доминируют в своих скоплениях галактик. Первоначально Эдвин Хаббл выдвинул гипотезу, что эллиптические галактики эволюционировали в спиральные галактики, что позже было обнаружено как ложное, [8] хотя аккреция газа и меньших галактик может образовывать диск вокруг уже существующей эллипсоидальной структуры. [9] [10] Звезды, обнаруженные внутри эллиптических галактик, в среднем намного старше звезд, обнаруженных в спиральных галактиках. [8]
Эллиптические галактики характеризуются несколькими свойствами, которые отличают их от других классов галактик. Они представляют собой сферические или яйцевидные массы звезд, лишенные звездообразующих газов. Кроме того, в них очень мало межзвездной материи (ни газа, ни пыли), что приводит к низким темпам звездообразования , небольшому количеству рассеянных звездных скоплений и небольшому количеству молодых звезд; в эллиптических галактиках преобладают старые звездные популяции , что придает им красные цвета. Большие эллиптические галактики обычно имеют обширную систему шаровых скоплений . Обычно они имеют две различные популяции шаровых скоплений: одну, которая краснее и богата металлами, и другую, которая голубее и бедна металлами. [14]
Динамические свойства эллиптических галактик и балджей дисковых галактик схожи, что позволяет предположить, что они могут быть сформированы одними и теми же физическими процессами, хотя это остается спорным. Профили светимости как эллиптических галактик, так и балджей хорошо соответствуют закону Серсика , а ряд масштабных соотношений между структурными параметрами эллиптических галактик объединяет популяцию. [16]
Каждая массивная эллиптическая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. Наблюдения за 46 эллиптическими галактиками, 20 классическими балджами и 22 псевдобалджами показывают, что каждая из них содержит черную дыру в центре. [17] Масса черной дыры тесно коррелирует с массой галактики, [18] что подтверждается такими корреляциями, как соотношение M–сигма , которое связывает дисперсию скоростей окружающих звезд с массой черной дыры в центре.
Эллиптические галактики преимущественно встречаются в скоплениях галактик и в компактных группах галактик .
В отличие от плоских спиральных галактик, имеющих организацию и структуру, эллиптические галактики более трехмерны, не имеют особой структуры, а их звезды движутся по довольно хаотичным орбитам вокруг центра.
Самые большие галактики — сверхгигантские эллиптические галактики или галактики типа cD . Эллиптические галактики сильно различаются как по размеру, так и по массе: диаметры варьируются от 3000 световых лет до более чем 700 000 световых лет, а массы — от 10 5 до почти 10 13 солнечных масс. [19] Этот диапазон для этого типа галактик намного шире, чем для любого другого. Самые маленькие, карликовые эллиптические галактики , могут быть не больше типичного шарового скопления , но содержат значительное количество темной материи, не присутствующей в скоплениях. Большинство этих маленьких галактик могут быть не связаны с другими эллиптическими галактиками.
Классификация эллиптических галактик Хаббла содержит целое число, описывающее, насколько вытянуто изображение галактики. Классификация определяется отношением большой ( a ) к малой ( b ) осям изофот галактики :
Таким образом, для сферической галактики с a, равным b , число равно 0, а тип Хаббла — E0. Хотя предел в литературе составляет около E7, с 1966 года [2] известно , что галактики от E4 до E7 являются неправильно классифицированными линзовидными галактиками с дисками, наклоненными под разными углами к нашему лучу зрения. Это было подтверждено спектральными наблюдениями, обнаружившими вращение их звездных дисков. [21] [22] Хаббл признал, что его классификация формы зависит как от внутренней формы галактики, так и от угла, под которым наблюдается галактика. Следовательно, некоторые галактики с типом Хаббла E0 на самом деле вытянуты.
Иногда говорят, что существует два физических типа эллиптических галактик: гигантские эллиптические галактики со слегка «коробчатыми» изофотами, формы которых являются результатом случайного движения, которое в некоторых направлениях больше, чем в других (анизотропное случайное движение); и «дискообразные» нормальные и карликовые эллиптические галактики , которые содержат диски. [23] [24] Однако это является злоупотреблением номенклатурой, поскольку существует два типа галактик раннего типа: с дисками и без. Учитывая существование галактик ES с дисками промежуточного масштаба, разумно ожидать, что существует непрерывность от E до ES и до галактик S0 с их крупномасштабными звездными дисками, которые доминируют в свете на больших радиусах.
Карликовые сфероидальные галактики, по-видимому, представляют собой отдельный класс: их свойства больше похожи на свойства неправильных и поздних спиральных галактик.
На большом конце эллиптического спектра есть дальнейшее разделение, выходящее за рамки классификации Хаббла. За гигантскими эллиптическими галактиками gE лежат D-галактики и cD-галактики . Они похожи на своих меньших собратьев, но более рассеяны, с большими гало, которые могут принадлежать как скоплению галактик, в котором они находятся, так и центральной гигантской галактике.
В последние годы появились данные, свидетельствующие о том, что значительная часть (~25%) галактик раннего типа (E, ES и S0) имеет остаточные газовые резервуары [25] и низкий уровень звездообразования. [26]
Исследователи космической обсерватории Гершеля предположили, что центральные черные дыры в эллиптических галактиках не дают газу остыть в достаточной степени для образования звезд. [27]
