Эллиптические галактики кажутся более красными по цвету по сравнению со спиральными галактиками. Этот красноватый оттенок обусловлен более старым звездным населением, которое существует в эллиптических галактиках. По мере старения звезд они становятся краснее и сильнее излучают свет на более красных длинах волн. В эллиптических галактиках звездообразование в основном прекратилось миллиарды лет назад. Это означает, что их звезды значительно старше и краснее. Спиральные галактики имеют более активное звездообразование, содержащее молодые, более голубые звезды вместе со старыми и более красными. Смесь звездных возрастов и цветов придает спиральным галактикам их более голубовато-белый вид.
Эллиптические галактики представляют собой сфероидальные скопления звезд, в которых очень мало газа и пыли по сравнению со спиральными галактиками. Они демонстрируют очень низкую активность нового звездообразования. Звезды движутся по более случайным орбитам, а не вращаются в диске, как в спиралях. Эллиптические галактики имеют форму от почти сферической до довольно вытянутой, что привело к их классификации на E0, E3, E5, E7 на основе их проецируемой эллиптичности. Гигантские эллиптические галактики часто встречаются в центрах скоплений галактик.
Общий цвет галактики определяется смесью цветов ее звезд. Цвет звезд, в свою очередь, в первую очередь зависит от температуры их поверхности. Более горячие звезды кажутся более синими или белыми, в то время как более холодные звезды кажутся более красными. Таким образом, цвет галактики зависит от распределения звездных температур и светимостей внутри нее.
Самое сильное излучение звезд находится в видимой части спектра. Синий свет имеет более короткие длины волн, а красный свет имеет более длинные волны. Голубые звезды более горячие, с температурой поверхности, превышающей 10 000 Кельвинов, в то время как красные звезды более холодные, с температурой Почему эллиптические галактики имеют красноватый цвет?
Эллиптические галактики кажутся красными, потому что они содержат в основном старые звезды с малой массой. По мере старения звезд они истощают свое ядерное водородное топливо и превращаются в красных гигантов, которые являются более холодными и красными звездами. Массивные, более горячие звезды O и B-типа, которые кажутся голубыми или белыми, живут всего миллионы лет. В эллиптических галактиках звездообразование закончилось миллиарды лет назад, поэтому осталось очень мало горячих голубых звезд.
Самые старые красные гиганты излучают большую часть своего света в красном и инфракрасном диапазонах. На единицу массы эти красные гиганты излучают в десятки тысяч раз больше света, чем звезды главной последовательности. Несмотря на то, что эллиптические галактики содержат несколько более горячих звезд, оставшихся от их первоначальной вспышки звездообразования, излучаемый свет подавляется обилием старых, холодных красных гигантов.
В спиральных галактиках в спиральных рукавах и центральных областях продолжается звездообразование. Это производит молодые, массивные, горячие звезды, которые излучают синий и ультрафиолетовый свет. Ассоциации OB, области HII и туманности - все это следы мест рождения новых звезд в спиралях. Короткоживущие голубые звезды и скопления придают спиралям их отличительный, более голубой оттенок по сравнению с красноватыми эллиптическими.
Смесь света как от горячих, молодых звезд, так и от более холодных, старых звезд придает спиральным галактикам более голубовато-белый вид. Различные части могут казаться более синими или красными в зависимости от концентрации активности звездообразования или более старого или молодого звездного населения. Спиральные галактики грандиозного дизайна с четко определенными рукавами в среднем кажутся более синими, чем фрагментированные, нерегулярные спирали.
Мы можем изучить полное спектральное распределение энергии (SED) эллиптических и спиральных галактик, чтобы выявить их детальные различия. SED отображают полный излучаемый свет как функцию длины волны или частоты. Эллиптические галактики достигают пика на более красных, длинных волнах, в то время как спиральные галактики достигают пика на более синих, коротких волнах, что соответствует более высокой средней температуре звезд.
В следующей таблице сравниваются SED типичных эллиптических и спиральных галактик:
| Длина волны | Эллиптический SED | Спиральный SED |
|---|---|---|
| Ультрафиолетовый | Слабый | Сильный |
| Оптический | Пики в красном | Пики в синем/зеленом |
| Инфракрасный | Сильный | Умеренный |
SED подтверждают, что в эллиптических галактиках преобладают холодные старые красные звезды, в то время как в спиральных галактиках больше популяции горячих молодых голубых звезд.
Наблюдаемые цвета галактик также кажутся краснее из-за их космологического красного смещения. Чем дальше галактика, тем больше ее общий спектр смещается в сторону более длинных волн из-за расширения Вселенной. Свет более голубых галактик будет смещаться в видимый красный и инфракрасный диапазоны по мере увеличения расстояния.
Этот эффект красного смещения необходимо учитывать при интерпретации внутренних звездных популяций и цветов галактик. Например, очень далекие эллиптические галактики могут казаться довольно синими в наблюдениях в видимом свете, но это происходит только потому, что их смещенный в красную область ультрафиолетовый свет был смещен в окно наблюдения. Их звездное население остается старым и красным.
Поглощение пыли от межзвездных пылевых частиц также может покраснеть свет как спиральных, так и эллиптических галактик. Однако эллиптические галактики содержат очень мало холодного газа или пыли в целом. Эффекты поглощения пыли и покраснения более выражены в спиральных галактиках.
Пылевые частицы преимущественно поглощают и рассеивают синий свет. Это ослабляет и краснит звездный свет, проходящий через спиральные рукава, где сосредоточена пыль. Эффекты поглощения пыли необходимо смоделировать и устранить для изучения основного звездного населения. С поправками на пыль спиральные галактики кажутся еще более синими по своей сути.
Количество газа, присутствующего в эллиптических и спиральных галактиках, также объясняет их разные цвета. Эллиптические галактики — это бедные газом «красные и мертвые» системы, в то время как спиральные галактики богаты газом с активным звездообразованием.
Газ обеспечивает сырое топливо для звездообразования. Спирали имеют обильные области HI (нейтрального водорода) и резервуары молекулярного газа, которые подпитывают продолжающееся звездообразование. Горячие молодые звезды производят более голубой свет. Эллиптические галактики давно потеряли свой газ или вытеснили его через сверхновые ветры и обратную связь AGN. Без газа они не могут образовывать новые звезды.
Звездная металличность также влияет на цвета галактик. Эллиптические галактики, как правило, более богаты металлами по сравнению со спиральными. Повышенная металличность приводит к появлению более красных гигантских звезд с более сложными спектрами.
Первое поколение образовавшихся звезд (звезды Pop III) были бедны металлами. Более молодые звездные популяции в спиралях и внешние области эллиптических галактик образовались из менее обогащенного газа и, таким образом, кажутся более голубыми. Богатые металлами ядра гигантских эллиптических галактик содержат более красные звезды.
Окружающая среда галактики может влиять на историю ее звездообразования и цвет. Эллиптические галактики доминируют в плотных скоплениях, где слияния и отрыв газа рано останавливают звездообразование. Эллиптические галактики поля за пределами скоплений могут демонстрировать более синие цвета, если некоторое остаточное звездообразование продолжалось.
Спирали в скоплениях могут терять газ из-за отрыва давления горячей внутрископленной средой. Это подавляет звездообразование, уменьшая синий свет. Спиральные галактики в поле развиваются более изолированно и дольше сохраняют свой газ, становясь более синими.
Подводя итог, эллиптические галактики кажутся краснее спиральных в первую очередь из-за:
– Эллиптические галактики содержат более старые звездные популяции. По мере того, как звезды стареют и выходят за пределы главной последовательности, они становятся красными гигантами.
– Спирали, в которых происходит непрерывное звездообразование, в результате которого рождаются молодые, горячие, массивные голубые звезды.
– Эллиптические галактики, являющиеся системами с низким содержанием газа, не позволяют новым звездам образовываться с образованием голубых звезд.
– Эффекты металличности, делающие эллиптические звезды в среднем более красными.
– Эффекты окружающей среды, приводящие к удалению газа из эллиптических и спиральных галактик в плотных скоплениях.
На наблюдаемые цвета также влияют красное смещение и пыль. Исправление этих эффектов еще больше усиливает внутренние различия в цвете между эллиптическими и спиральными галактиками на основе их звездного возраста, содержания газа и истории звездообразования.