Балдж (от англ. bulge — выпуклость, вздутие) — сфероидальное уплотнение из звёзд в центре галактики . Балдж — наиболее яркая часть сферической подсистемы галактики и одна из двух основных структурных составляющих галактики вместе с диском . Балдж состоит в основном из старых звёзд населения II , движущихся по вытянутым орбитам.

Относительная выраженность балджа сильно различается для разных галактик и служит одним из важнейших критериев классификации галактик: например, эллиптические галактики состоят только из сферической подсистемы и не имеют диска, а в неправильных галактиках сферическая подсистема, наоборот, очень слаба. Яркость балджа галактик хорошо описываются законом Серсика .

Балджи могут быть структурами с принципиально разными свойствами, имеющими различную природу. Выделяют три типа балджей: классические балджи, дискообразные балджи ( англ. disc-like или disky ) и ящикообразные/арахисоподобные балджи ( англ. boxy/peanut ), причём последние два типа иногда называют псевдобалджами.

В Млечном Пути отсутствует классический балдж, но имеется дискообразный и ящикообразный балджи. Большинство звёзд балджа нашей Галактики старые, с возрастом более 7 миллиардов лет, но наблюдаются и звёзды возрастами 1―5 миллиардов лет и менее 500 миллионов лет, также наблюдаются молодые и яркие звёздные скопления , такие как скопление Арки .

Описание и характеристики

Балдж (от англ. bulge — выпуклость, вздутие) — сфероидальное уплотнение из звёзд в центре галактики . Балдж является наиболее яркой частью сферической подсистемы галактики : к ней также относится внешнее, более тусклое галактическое гало . Граница между этими частями условна, размер типичного балджа — от сотен парсек до нескольких килопарсек . Балдж и диск — две основных составляющих структуры галактик, причём у разных галактик их относительная яркость сильно различается (см. ниже ) . Балджи галактик по характеристикам похожи на эллиптические галактики тех же размеров .

Звёзды в балджах вращаются по сильно вытянутым орбитам: дисперсия скоростей звёзд в них велика, а скорость вращения балджей мала. В балджах, как и в гало, звёзды преимущественно старые и относятся к населению II , но в балджах также присутствуют и более молодые звёзды населения I , что свидетельствует о недавнем звездообразовании в балджах. Звёзды балджей имеют значительно бо́льшую металличность , чем звёзды гало, кроме того, у звёзд балджа этот показатель занимает бо́льший диапазон значений .

Классификация галактик

Наличие и относительная выраженность балджа — один из критериев классификации галактик . Так, эллиптические галактики состоят только из сферической подсистемы и не имеют диска, в линзовидных и спиральных галактиках в той или иной степени выражены и балдж, и диск, а в неправильных галактиках сферическая подсистема очень слаба .

Спиральные галактики делятся на подтипы — от более ранних к более поздним — Sa, Sb, Sc и Sd с промежуточными значениями S0a, Sab, Sbc, Scd. Галактику относят к какому-либо из этих подтипов по нескольким критериям, в том числе и по выраженности балджа — в среднем, чем позднее тип спиральной галактики, тем меньше относительная светимость балджа и тем более раскрытые и клочковатые у неё спиральные рукава . Линзовидные галактики, обозначаемые как S0, не имеют спиральных рукавов, но балджи в них выражены в среднем сильнее, чем в спиральных галактиках .

Поверхностная яркость

Зависимость поверхностной яркости ${\displaystyle I}$ от расстояния до центра ${\displaystyle R}$ для различных компонент галактики описывают законом Серсика :

${\displaystyle \ln(I/I_{0})=-(R/R_{0})^{1/n}}$

В этой формуле ${\displaystyle I_{0}}$ — поверхностная яркость в центре, а ${\displaystyle R_{0}}$ — характерный радиус. Для большинства балджей подходят ${\displaystyle 1<n<4}$ , причём ${\displaystyle n}$ в среднем увеличивается с ростом светимости балджа. Закон Серсика при ${\displaystyle n=1}$ переходит в экспоненциальное распределение и описывает балджи с невысокой светимостью, а для наиболее ярких балджей, как и для эллиптических галактик , подходит ${\displaystyle n=4}$ , при котором закон Серсика переходит в закон де Вокулёра .

Типы балджей

Балджи могут быть структурами с принципиально разными свойствами, имеющими различную природу . Выделяется три типа балджей: классические балджи, дискообразные балджи ( англ. disc-like или disky ) и ящикообразные/арахисоподобные балджи ( англ. boxy/peanut ) . Иногда балджи последних двух типов называют псевдобалджами . В отдельно взятой галактике могут одновременно наблюдаться балджи разных видов .

Классические балджи

Классические балджи по характеристикам наиболее похожи на эллиптические галактики . Такие балджи чаще всего встречаются у галактик ранних типов, например, у галактики Сомбреро , и становятся реже у галактик более поздних типов (см. выше ). Профили яркости классических балджей описываются законом де Вокулёра .

Считается, что эти объекты формируются при гравитационном коллапсе , который сопровождает возникновение галактики , ещё до того, как формируется диск , либо при слияниях галактик . В численных моделях слияний воспроизводятся балджи, профиль яркости которых соответствует закону де Вокулёра . Образование таких балджей происходит при очень быстром звездообразовании, поэтому звёзды в балджах сильно обогащены элементами, возникающими при альфа-процессе .

Дискообразные балджи

Дискообразные балджи также выделяются по яркости над диском, распределение яркости которого экспоненциальное , но по различным характеристикам они сами похожи на диски. В них преобладает вращение, а не дисперсия скоростей , они имеют практически такую же плоскую форму — отношение осей может быть малым, вплоть до 0,3. Их распределение яркости также может быть близким к экспоненциальному. Нередко в них наблюдается пыль , молодые звёзды и может идти достаточно быстрое звездообразование . Дискообразные балджи из-за их формы трудно наблюдать в галактиках, видимых с ребра .

Считается, что дискообразные балджи в основном образуются в результате вековой эволюции галактик , при наличии нестабильностей в диске, например, баров или спиральных рукавов . Указанные структуры перераспределяют момент импульса внутри галактики, из-за чего звёзды и газ в галактике сосредотачиваются в центре её диска и образуется балдж, который сохраняет некоторые кинематические свойства диска . Благодаря активному звездообразованию балдж формируется довольно эффективно — за несколько миллиардов лет может образоваться балдж массой в миллиард масс Солнца .

Ящикообразные балджи

Ящикообразные балджи, также называемые коробкообразными или арахисоподобными, по своей природе и параметрам являются барами , которые просуществовали на протяжении нескольких оборотов галактики, и наблюдаются в галактиках, видимых с ребра . При этом такие же структуры, наблюдаемые не из плоскости диска, выглядят как обычные бары. У ящикообразных балджей наблюдается повышенная яркость вдоль биссектрис к большой и малой оси эллипса, описывающего их форму, поэтому они могут быть похожи на арахис , иметь прямоугольную или даже X-образную форму, что и обуславливает их название . Из-за природы таких объектов иногда считают, что называть их балджами ошибочно .

Через несколько оборотов галактики после возникновения бара звёзды в нём приобретают компоненту скорости, перпендикулярную плоскости диска, в результате чего бар утолщается. В галактиках, наблюдаемых с ребра, такие бары выглядят как центральное утолщение и похожи на балджи. Хотя возникновение ящикообразного балджа может сопровождаться активизацией звездообразования , такие структуры содержат в основном звёзды, сформировавшиеся задолго до появления балджа .

• 
  Галактика Сомбреро обладает классическим балджем
• 
  Галактика NGC 6782 имеет дискообразный балдж
• 
  Ящикообразный балдж отчётливо виден в галактике (внизу)

Балдж Млечного Пути

Наша Галактика не имеет классического балджа, но обладает двумя псевдобалджами — ящикообразным и дискообразным. Первый представляет собой бар (см. выше ), наблюдаемый практически с конца — угол между осью бара и направлением на него составляет 25° . Из-за того, что расстояние от Земли до ближнего и до дальнего концов бара значительно различается, он выглядит асимметричным. Второй — небольшой дискообразный балдж с идущим в нём звездообразованием, находящийся внутри первого .

Большинство звёзд в балдже старые, с возрастом более 7 миллиардов лет, но наблюдаются и звёзды возрастами 1―5 миллиардов лет и менее 500 миллионов лет, также наблюдаются молодые и яркие звёздные скопления , такие как скопление Арки . Размер балджа составляет 3,5 килопарсека . Металличность звёзд балджа Млечного Пути варьируется от −1,8 до 0,2 и он обогащён альфа-элементами .

Масса дискообразного балджа составляет 3 % от звёздной массы галактики, а его характерная толщина ― 45 парсек, для ящикообразного эти показатели составляют соответственно 28 % и 200 парсек. По параметрам балджей и по структуре в целом Млечный Путь схож с галактиками NGC 4565 и NGC 5746 .

Примечания

Комментарии

Источники

Литература

• Галактики / ред. В. Г. Сурдин . — 2-е, исправленное и дополненное. — М. : Физматлит , 2017. — 432 с. — ISBN 978-5-9221-1726-5 .
• Засов А. В., Постнов К. А. . — 2-е изд. испр. и дополн. — Фрязино: Век 2, 2011. — 576 с. — ISBN 978-5-85099-188-3 .
• Karttunen H., Kroger P., Oja H., Poutanen M., Donner K. J. . — 5th Edition. — Berlin; Heidelberg; N. Y. : Springer , 2007. — 510 p. — ISBN 978-3-540-34143-7 .