Балдж

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[2][3].

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[3][6]. Линзовидные галактики, обозначаемые как S0, не имеют спиральных рукавов, но балджи в них выражены в среднем сильнее, чем в спиральных галактиках[7].

Профиль поверхностной яркости галактики M 31. Точками отмечены наблюдательные данные. В модельном профиле яркости, обозначенном сплошной линией, вклад балджа показан красной пунктирно-точечной линией

Зависимость поверхностной яркости ${\displaystyle I}$ от расстояния до центра ${\displaystyle R}$ для различных компонент галактики описывают законом Серсика[8]:

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

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[8][9].

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[7].

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[8][7]. Образование таких балджей происходит при очень быстром звездообразовании, поэтому звёзды в балджах сильно обогащены элементами, возникающими при альфа-процессе[комм. 1][12].

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[8]. Дискообразные балджи из-за их формы трудно наблюдать в галактиках, видимых с ребра[7][10].

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[7][10]. Благодаря активному звездообразованию балдж формируется довольно эффективно — за несколько миллиардов лет может образоваться балдж массой в миллиард масс Солнца[14].

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[12]. 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[11][15][16]. Из-за природы таких объектов иногда считают, что называть их балджами ошибочно[10].

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[11][12][17].

• 
  Галактика Сомбреро обладает классическим балджем
• 
  Галактика NGC 6782 имеет дискообразный балдж
• 
  Ящикообразный балдж отчётливо виден в галактике ESO 597-G036 (внизу)