Star otoki: galaksije

Star otoki: galaksije

Alexey Levin
"Popularna mehanika" št. 11, 2011

Zgodovina študije planetov in zvezd se meri tisoče let, Sonce, kometi, asteroidi in meteoriti – stoletja. Toda galaksije, razpršene okoli vesoljskih zvezd zvezd, delcev kozmičnega plina in prahu, so postale predmet znanstvenih raziskav šele v 20-ih letih 20. stoletja.

Galaksije smo opazovali že od nekdaj. Oseba z ostrim vidom lahko razlikuje svetlobe na nočnem nebu, kot kapljice mleka. V desetem stoletju je perzijski astronomer Abd-al-Raman al-Sufi v svoji knjigi "Fiksne zvezde" omenil dve podobni točki, zdaj znani kot velik magellanični oblak in galaksija M31, znana tudi kot Andromeda. S prihodom teleskopov so astronomi opazovali vse več teh predmetov, imenovanih meglica. Če je angleški astronom Edmund Halley leta 1716 navedel le šest meglic, je katalog, ki ga je leta 1784 objavil francoski mornaristični astronom Charles Messier, že vseboval 110 – med njimi štiri ducate teh galaksij (vključno z M31). Leta 1802 je William Herschel objavil seznam 2500 meglic, njegov sin John pa je leta 1864 objavil katalog z več kot 5000 meglicami.

Narava teh predmetov je dolgo časa ušla iz razumevanja.Sredi 18. stoletja so nekateri mudri možgani v njih videli zvezdaste sisteme, kot je Mlečna pot, toda teleskopi v tistem času niso imeli priložnosti za preizkušanje te hipoteze. Že stoletje je bilo mnenje prevladovalo, da je vsaka meglica plinski oblak, ki ga osvetljuje mlada zvezda. Kasneje so astronomi bili prepričani, da nekatere meglice, vključno s Andromedom, vsebujejo veliko zvezd, a že dolgo časa ni bilo jasno, ali se nahajajo v naši galaksiji ali zunaj nje. In le leta 1923-1924 je Edwin Hubble ugotovil, da je razdalja od Zemlje do Andromede vsaj trikrat večja od premera Mlečne ceste (približno 20-krat) in da je M33, druga meglica iz kataloga Messier, nič manj oddaljena od nas. razdaljo Ti rezultati so zaznamovali začetek nove znanstvene discipline – galaktične astronomije.

Peeping na soseda
Naš najbližji sosed, galaksija Andromeda (M31) je eden najljubših nebesnih predmetov za amatersko astronomsko opazovanje in fotografijo. In ne le amaterski – ilustracija prikazuje kombinirani multispektralni pogled na M31, ki ga izdeluje vesoljski teleskop Spitzer in NASA Galaxy Evolution Raziskovalec (GALEX). GALEX UV oči odpirajo ognjeno naravo Andromede – vroča področja, napolnjena z mladimi (prikazano na sliki modra) in star (zelene pike in svetlo rumeno območje v središču galaksije) zvezde. Občutljiv IR teleskop Spitzer vidi drugo, mrzlo stran – regije, ki tvorijo zvezde (prikazano na sl rdeča), skrita od prašnih oči z oblaki prahu in plina. Vijolična kjer so prikazane vroče masivne zvezde z mraznimi oblaki, obkroženimi s prahom. Slika: Priljubljena mehanika

Škrati in velikani

Vesolje je napolnjeno z galaksijami različnih velikosti in različnih mas. Njihovo število je znano zelo grobo. Pred sedmimi leti je Hubblovski orbitalni teleskop v treh mesecih in pol mesecih odkril okoli 10.000 galaksij in skeniral v južni konstelaciji Furnace območje neba, sto krat manjšo od območja luninega diska. Če predpostavimo, da se galaksije porazdelijo nad nebesno sfero z isto gostoto, se izkaže, da jih je v opazovanem prostoru 200 milijard. Vendar pa je ta ocena močno podcenjena, ker teleskop ni mogel opaziti veliko veliko zelo temnih galaksij.

Med galaksijami obstajajo palčki in velikani. V avtoritativnem Oxfordovem priročniku Pripadnik kozmologiji Izdaja iz leta 2008 pravi, da najmanjše galaksije vsebujejo milijone zvezd in največje – trilijone. Te informacije so že zastarele. Kot profesor na Univerzi v Teksasu v Austinu je Johnu Kormendiju povedal, da je v zadnjih letih družina mini galaksij odkrila s samo sto zvezdami: "To so tako imenovani ultra kompaktni palčki, katerih linearne dimenzije ležijo v 20 parsecih. Kljub majhnemu številu zvezd, masa takšnih galaksij je na milijone in desetine milijonov sončnih mas. Najverjetneje je za to odgovorna predvsem temna snov, čeprav nekateri znanstveniki verjamejo, da velik prispevek sodi v črne luknje in nevtronske zvezde. Opredelitev galaksije kot velikega avtonomnega zvezdnega grozda ne deluje več. " Na zgornji meji galaktičnega spektra so supergienti s premerom reda megaparca, katerega zvezdna populacija doseže na stotine trilijonov.

Oblika in vsebina

Galaksije se prav tako razlikujejo po morfologiji (t.j. obliki).Na splošno so razdeljeni v tri glavne razrede – diskoidne, eliptične in nepravilne (nepravilne). To je splošna razvrstitev, obstaja veliko bolj podrobno.

Diskoidna galaksija je zvezna palačinka, ki se vrti okoli osi, ki poteka skozi njen geometrijski center. Običajno na obeh straneh osrednjega območja palačink je ovalna izboklina – izboklina (iz angleščine. izboklina). Bulge se tudi vrti, vendar z nižjo kotno hitrostjo kot disk. Spiralne veje so pogosto opazne v ravnini diska, obilico v relativno mladih svetlih svetilkah. Vendar pa obstajajo galaktični diski in brez spiralne strukture, kjer so take zvezde precej manjše.

Zvezdni skakalec lahko reže osrednje območje galaksije v obliki diska. Prostor znotraj diska je napolnjen s plinskim medijem – izhodiščnim materialom za nove zvezde in planetarne sisteme. Galaksija ima dva diska: zvezda in plin. Okoli jih je galaktični halo – kroglasti oblak razžvepljenega vročega plina in temne snovi, kar je glavni prispevek k skupni masi galaksije. Halo vsebuje tudi posamezne stare zvezde in globoke zvezde (globularne gruče) do 13 milijard let.V središču skoraj vsake diskoidne galaksije, tako z izboklino kot brez izbokline, je supermasivna črna luknja. Največje galaksije te vrste vsebujejo po 500 milijard zvezdic.

Edwin Hubble, tuning vilice
Leta 1926 je znani ameriški astronom Edwin Powell Hubble predlagal (in leta 1936 moderniziral) svojo klasifikacijo galaksij glede na njihovo morfologijo. Zaradi svoje značilne oblike se ta razvrstitev imenuje tudi Hubble tuning fork. Na "nogi" tuning vilic so eliptične galaksije, na vilicah vilic – lentikularnih galaksij brez rokavov in spiralnih galaksij brez skakalnice in bar. Galaksije, ki jih ni mogoče uvrstiti med ene od navedenih razredov, se imenujejo nepravilne ali nepravilne. Slika: "Kemija in življenje"

Eliptična galaksija, kot navaja ime, ima obliko elipsoida. Ne vrti kot celota in zato nima aksialne simetrije. Njene zvezde, ki imajo večinoma relativno majhno maso in trdno dobo, orbita okoli galaktičnega središča v različnih ravninah in včasih niso posamezne, temveč v zelo podolgovatih verigah. Nove zvezde v eliptičnih galaksijah se redko pojavljajo zaradi pomanjkanja surovin – molekularnega vodika.

Največja in najmanjša galaksija pripadata eliptičnemu tipu. Skupni delež njegovih predstavnikov v galaktični populaciji vesolja je le okoli 20%. Te galaksije (z izjemo najmanjših in najmanjših) prav tako skrivajo supermasivne črne luknje v osrednjih območjih. Eliptične galaksije imajo halo, vendar ne toliko kot diskoidi.

Star preselitev

Galaksije porazdeljene v vesolju sploh niso kaotične. Massive galaksije pogosto obkrožajo majhne satelitske galaksije.

Lokalna skupina galaksij
Kot ljudje se galaksije združujejo v skupinah. Naša lokalna skupina vključuje dve največji galaksiji v bližini približno 3 megaparseka – Mlečni poti in Andromeda (M31), trikotna galaksija in njihovi sateliti – veliki in mali magelanski oblaki, pritlikavne galaksije v Velikem pesu, Pegasus, Kiel, Sextant, Phoenix in mnogi drugi – vse v številu približno petdeset. Lokalna skupina je član lokalnega nadvladnika Virgo. Slika: Priljubljena mehanika

Tako naša Mlečna cesta kot sosednja Andromeda imata vsaj 14 satelitov in,so veliko več. Galaksije radi združujejo v parih, trojicah in večjih skupinah več desetih gravitacijsko povezanih partnerjev. Večja združenja galaktičnih grozdov vsebujejo več sto tisoč galaksij (prva od teh grozdov je odkrila Messier). Včasih se v središču grozda, ki se je pojavilo, verjetno, v procesu združevanja manjših galaksij opazili še posebno svetlo velikansko galaksijo. In končno, obstajajo tudi superclusters, ki vključujejo galaktične skupine in skupine, pa tudi posamezne galaksije. Običajno so to podolgovate strukture do stotine megaparask. Ločeni so skoraj popolnoma brez galaksij, kozmični praznini enake velikosti. Superplasteri niso več organizirani v nobene strukture višjega reda in so naključno razpršeni po prostoru. Iz tega razloga je naša vesolja na lestvici več sto megaparčkov homogena in izotropna.

Vse druge galaksije veljajo za nepravilne. Vsebujejo veliko prahu in plina ter aktivno razvijajo mlade zvezde. Na zmernih razdaljah od Mlečne ceste je nekaj takšnih galaksij, le 3%. Vendar se je med predmeti z velikim rdečim pomikom, katerih svetloba je bila oddana najkasneje 3 milijarde let po Velikem prahu, njihov delež močno narašča.Očitno so bili vsi zvezdni sistemi prve generacije majhni in imajo napačne obrise, velike diskoidne in eliptične galaksije pa so se pojavile veliko pozneje.

Rojstvo galaksij

Galaksije so se rodile kmalu po zvezdah. Verjamejo, da so prve svetilke izbruhnile najkasneje 150 milijonov let po Big Bangu. Januarja 2011 je skupina astronoma, ki je obdelala podatke s vesoljskega teleskopa Hubble, poročala o verjetni opazki galaksije, katere svetloba je prišla v vesolje 480 milijonov let po Big Bangu. Aprila je druga raziskovalna skupina odkrila galaksijo, ki je bila po vsej verjetnosti že v celoti oblikovana, ko je mlado vesolje stalo okoli 200 milijonov let.

Mlečna pot

Sonce kroži okoli središča precej navadne spiralne galaksije, ki je sestavljena iz 200-400 milijard zvezdic.

Premer je približno 28 kiloparcev (nekaj več kot 90 tisoč svetlobnih let). Radij sončne intragalaktične orbite je 8,5 kiloparcev (tako da se naša zvezda premakne na zunanji rob galaktičnega diska), čas popolne revolucije okrog središča Galaksije je približno 250 Ma.Izliv Mlečne poti ima elipsoidno obliko in je obdarjen z barom, ki je bila odkrita šele pred kratkim. V središču izbokline je kompakten jedro, napolnjeno z zvezdami različnih starosti – od nekaj milijonov let do milijarde in več. Znotraj jedra, za gostim prahom, leži črna luknja, ki je po galaktičnih standardih precej skromna – le 3,7 milijona sončnih mas.

Zemljevid našega otoka
Uporaba infrardečih slik vesoljskega teleskopa SpitzerAstronomi na zemljevidu Mlečne poti. Sestavljen je iz dveh največjih spiralnih rok, Centaurus in Perseus Shield, ki sta povezana s palico in dve manjši roki, Strelci in Trg, napolnjeni s plinskimi oblaki in zvezdastimi regijami. Tudi manjši rokavi so zunanji, daleč in srednji 3 kiloparca rokavi. Naš sončni sistem je v majhni roki (Spur) Orion. Slika: Priljubljena mehanika

Naša galaksija ima disk z dvema zvezdicama. Delež notranjega diska, ki nima več kot 500 parsecov navpično, predstavlja 95% zvezd zvezdnega območja, vključno z vsemi mladimi svetlemi zvezdami.Zajema zunanji disk debeline 1500 parsec, kjer živijo starejše zvezde. Debelina plošče plinskega prahu Mlečne ceste ni manjša od 3,5 kiloparcev. Štiri spiralne rokave na disku – območja povečane gostote plinskega medija – vsebujejo večino največjih zvezd.
Premer halo Mlečne poti ni manjši od dvakratnega premera diska. Ugotovili so okoli 150 globularnih grozdov, starost najstarejših pa presega 13 milijard let. Halo je napolnjen s temno snovjo gručaste strukture. Po najnovejših podatkih je oblika halo znatno sploščena žoga. Skupna masa galaksije je lahko do 3 bilijone sončnih mas, delež temne snovi pa znaša 90-95%. Masa zvezd na Mlečni poti je ocenjena na 90-100 milijarde sončnih mas.

Pogoji za rojstvo zvezd in galaksij so nastali že pred začetkom. Ko je vesolje minilo starostno mejo 400.000 let, se je plazem v vesolju zamenjala z mešanico nevtralnega helija in vodika. Ta plin je bil še vedno prevroče, da bi se krčil v molekularne oblake, ki so povzročile zvezde. Vendar pa soobstojali delci temne snovi, sprva porazdeljeni v vesolju ne ravno enakomerno – kjer je malo gostejši, kjer je tanjši.Niso sodelovali z barionovim plinom, zato so se v okviru vzajemne privlačnosti prosto gibali v conah povečane gostote. Po modelnih izračunih je že več sto milijonov let po Big Bang v vesolju oblikovalo temne oblake velikosti trenutnega sončnega sistema. Združili so se v večje strukture, kljub širjenju prostora. Torej so se pojavile grozde oblakov temne snovi, nato pa grozdi teh grozdov. Potegnili so se v vesoljski plin, kar ji je dalo priložnost za zgostitev in propad. Na ta način so se pojavile prve supermasivne zvezde, ki so hitro eksplodirale s supernovi in ​​pustile za sabo črne luknje. Te eksplozije so vesoljski prostor obogatile z elementi, težjimi od helija, kar je prispevalo k hlajenju razpadajočih oblakov plinov in tako omogočilo nastanek manj masivnih zvezd druge generacije. Takšne zvezde bi že obstajale več milijard let in so zato lahko oblikovale (znova s ​​pomočjo temne snovi) gravitacijsko vezane sisteme. Tako so nastale dolgožive galaksije, vključno z našimi.

"Številne podrobnosti o galaktogenezi so še vedno skrite v megli," pravi John Kormendi. "Še posebej se to nanaša na vlogo črnih lukenj. Njihova masa se giblje od deset tisoč sončnih mas do absolutnega dosega do danes 6,6 milijarde luknjo iz jedra eliptične galaksije M87, ki se nahaja od 53,5 milijona svetlobnih let od Sonca. Luknje v središčih eliptičnih galaksij običajno obkrožajo bulge, sestavljene iz starih zvezd. Algy masa črne luknje je običajno tri redov velikosti manjši od mase izbokline – .. seveda, če je ta oseba prisotna Ta vzorec je potrjeno s pripombami, ki pokriva luknjo maso milijonov do milijarde sončnih množic ".

Po mnenju profesorja Kormendija galaktične črne luknje dobijo maso na dva načina. Luknja, obkrožena s polnopravno izboklino, raste zaradi absorpcije plina, ki pride do izbokline iz zunanjega območja galaksije. Med združevanjem galaksij intenzivnost priliva tega plina močno narašča, kar sproža izbruh kvazarjev. Posledično se vzporedno razvijajo izbokline in luknje, kar pojasnjuje korelacijo med njihovimi množinami (čeprav lahko delujejo tudi drugi, še vedno neznani mehanizmi).

Drugačna stvar je galaksije brez spola in pseudo-plešaste galaksije. Mase lukenj običajno ne presegajo 104-106 sončne mase. Po mnenju profesorja Kormendija jih hranijo s plinom zaradi naključnih procesov, ki se pojavijo v bližini luknje in se ne raztezajo na celotno galaksijo. Takšna luknja raste ne glede na evolucijo galaksije ali njene pseudobalge, kar povzroča pomanjkanje korelacije med njihovimi množicami.

Growing galaksije

Galaksije lahko povečajo tako velikost kot maso. "V daljni preteklosti so galaksije naredile to veliko bolj učinkovito kot v nedavnih kozmoloških obdobjih," pravi Gart Illingworth, profesor astronomije in astrofizike na Kalifornijski univerzi v Santa Cruzu. "Stopnje rojstva novih zvezd so ocenjene v smislu masa Sonca) na enoto prostornine vesolja (ponavadi kubični megaparsek). V času nastanka prvih galaksij je bila ta številka zelo majhna in se je nato šla v hitro rast, podaljša za toliko časa, kot je vesolje pod 2 milijardi. let. Še 3 milijarde.let je bila relativno konstantna, nato pa se je začela zniževati skoraj sorazmerno s časom, upad pa se je nadaljeval še danes. Torej, pred 7-8 milijardami let, je bila povprečna stopnja oblikovanja zvezd 10 do 20-krat večja od sodobne. Večina opaznih galaksij je v tej daljši dobi že v celoti oblikovana. "

Šivajte na rokavih Mlečne poti

Na sliki – rezultati evolucije v različnih časovnih točkah – začetno konfiguracijo (a), skozi 0,9 (b), 1,8 (c) in 2,65 milijarde let (d). Po modelnih izračunih bi lahko nastala palica in spiralna ročica Mlečne poti zaradi trkov s SagDEG, ki je prvotno potegnila 50-100 milijard sončnih mas. Dvakrat je šel skozi disk naše galaksije in izgubil del svoje stvari (tako navadnega kot temnega), kar je povzročilo motnje njegove strukture. Sedanja masa SagDEG ne presega desetine milijonov sončnih mas in naslednja trka, ki se pričakuje najkasneje v 100 milijonih letih, je verjetno zadnji za to. Slika: Priljubljena mehanika

Raziskovalci z Univerze v Pittsburghu, Univerza v Kaliforniji, Irvine in atlantsko univerzo na Floridi so oblikovali situacijo trka Mlečne poti in predhodnika eliptične galaksije v Strelcu (Strelec Škotska elipsična galaksija, SagDEG). Analizirali sta dve različici trkov – s svetlobo (3×1010 mase sonca) in težke (1011 masa Sonca) SagDEG. Številka (spodaj), od leve proti desni, prikazuje rezultate 2,7 milijarde let evolucije Mlečne poti brez interakcije s paličasto galaksijo in z interakcijo z lahkimi in težkimi različicami SagDEG.

Na splošno je ta trend jasen. Galaksije rastejo na dva glavna načina. Najprej dobijo svež material za oblikovanje zvezd, črpanje plinov in prašnih delcev iz okoliškega prostora. Več milijard let po Velikem prahu je ta mehanizem pravilno deloval, preprosto zato, ker je v vesolju dovolj prostora za vesolje. Potem, ko so bile rezerve izpraznjene, se je stopnja zvezdnega rojstva znižala. Vendar pa so galaksije našle priložnost, da jo povečajo zaradi trka in fuzije. Vendar pa je za izvajanje te možnosti nujno, da imajo trčene galaksije dostojno zalogo medzvezdnega vodika. Velike eliptične galaksije, kjer je skoraj izginila, združitev ne pomaga, ampak v diskoidnem in napačnem delu deluje.

Seveda za trčenje

Poglejmo, kaj se zgodi, ko se združita dve podobno podobni galaksiji tipa diska. Njihove zvezde skoraj nikoli ne trčijo – razdalje med njimi so prevelike. Vendar pa plinski disk vsake galaksije občutja plimovanja zaradi privlačnosti soseda. Barionska snov diska izgubi del kotnega momenta in se premakne v središče galaksije, kjer se pojavijo razmere za eksplozivno rast stopnje nastajanja zvezd. Del te snovi absorbirajo črne luknje, ki tudi pridobivajo maso. V zaključni fazi združevanja galaksij se združijo črne luknje, zvezdni diski obeh galaksij pa izgubijo svojo nekdanjo strukturo in razpršijo v vesolju. Kot rezultat, je en eliptičen oblikovan iz par spiralnih galaksij. Toda to ni popolna slika. Sevanje mladih svetlih zvezd lahko udari nekaj vodika iz novorojene galaksije. Hkrati aktivno povečanje plina na črno luknjo zahteva, da se od časa do časa ustreli s curkom delcev ogromne energije, ki segrejejo plin po galaksiji in s tem preprečujejo nastanek novih zvezd. Galaksija se postopoma umirja – najverjetneje za vedno.

Galaksije neenakega kalibra se drugače srečujejo. Velika galaksija lahko absorbira pritlikavec (hkrati ali v več stopnjah) in obenem ohranja svojo strukturo. Ta galaktični kanibalizem lahko spodbudi tudi nastanek zvezd. Škotska galaksija se popolnoma zruši, pusti za sabo verige zvezd in curke kozmičnega plina, ki jih opazujemo tako v naši galaksiji kot v sosednji Andromedi. Če ena od trčenjskih galaksij ni preveč boljša od druge, so lahko še bolj zanimivi učinki.

Čakam na super teleskop

Galaktična astronomija je preživela do skoraj devetdesete obletnice. Začela je iz nič in dosegla veliko. Vendar je število nerešenih problemov zelo veliko. Torej, nihče ne ve, kdaj in kako so nastale prve galaksije in kako se oblikujejo galaksije z diskovno strukturo. "Znanstveniki pričakujejo veliko od infrardečega orbitalnega teleskopa James Webb, ki naj bi se začel leta 2018," pravi Garth Illingworth. "Na žalost ni jasno, ali bo ta projekt zaključen zaradi finančnih težav, bo potekala. "


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: