Starski otoci: galaksije

Starski otoci: galaksije

Alexey Levin
"Popularna mehanika" № 11, 2011

Povijest proučavanja planeta i zvijezda mjeri se tisućama godina, Sunca, kometa, asteroida i meteorita – stoljećima. No, galaksije razasute po svemirskim klasterima zvijezda, kozmičkim plinovima i česticama prašine, postale su predmetom znanstvenog istraživanja tek 1920-ih.

Galaxije su promatrane još od pamtivijeka. Osoba s oštrim vidom može razlikovati svjetlosne točke na noćnom nebu poput kapi mlijeka. U 10. stoljeću, perzijski astronom Abd-al-Raman al-Sufi spomenuo je u svojoj knjizi "The Fixed Stars Book" dvije slične točke, sada poznate kao Veliki magelijski oblak i galaksiju M31, ili Andromeda. Dolaskom teleskopa, astronomi su opazili sve više i više tih objekata, nazvani maglice. Ako je engleski astronom Edmund Halley 1716. godine objavio samo šest maglica, katalog, koji je 1784. objavio francuski mornarički astronom Charles Messier, sad je sadržavao 110 – među njima četiri desetke tih galaksija (uključujući M31). Godine 1802. William Herschel objavio je popis od 2.500 maglica, a njegov sin John 1864. objavio je katalog s više od 5.000 maglica.

Priroda tih objekata dugo je pobjegla iz razumijevanja.Sredinom 18. stoljeća neki su lukavi umovi vidjeli zvijezde poput Mliječnog puta, no teleskopi u to doba nisu pružali priliku za testiranje ove hipoteze. Stoljeće kasnije, prevladalo je mišljenje da je svaka maglica oblika plina, osvijetljena iznutra od strane mlade zvijezde. Kasnije su astronomi bili uvjereni da neke maglice, uključujući Andromede, sadrže mnoge zvijezde, ali dugo nije bilo jasno jesu li locirane u našoj galaksiji ili šire. I samo 1923.-1924., Edwin Hubble je utvrdio da je udaljenost od Zemlje do Andromede barem tri puta veća od promjera Mliječne staze (zapravo oko 20 puta) i da je M33, druga maglica iz Messierovog kataloga, ne manje udaljena od nas. udaljenost. Ovi rezultati označili su početak nove znanstvene discipline – galaktičke astronomije.

Pucajući na susjeda
Naš najbliži susjed, galaksija Andromeda (M31) jedan je od najdražih nebeskih objekata za amatersko astronomsko promatranje i fotografiju. I ne samo amaterski – ilustracija pokazuje kombinirani multispektralni pogled na M31, napravljen od svemirskog teleskopa Spitzer i NASA-e Galaxy Evolution istraživač (GALEX). GALEX UV oči otvaraju vatrenu prirodu Andromede – vruća područja ispunjena mladima (prikazano plava) i stare (zelene točkice i svijetle žuto područje u središtu galaksije) zvijezde. Osjetljivi IR teleskop Spitzer vidi drugu, hladnu stranu – zvijezda koja tvori regije (prikazano crvena), skrivene od znatiželjnih očiju zbog oblaka prašine i plina. purpurna boja Prikazuju se područja na kojima žive masivne zvijezde koegzistiraju s hladnim oblacima okruženim prašinom. Slika: Popularna mehanika

Patuljci i divovi

Svemir je ispunjen galaktikama različitih veličina i različitih masa. Njihov broj poznat je vrlo grubo. Prije sedam godina, tijekom tri i pol mjeseca, Hubbleov orbitalni teleskop otkrio je oko 10.000 galaksija, pretražujući u južnoj konstelaciji Furnace područje neba, stotinu puta manje od područja lunarnog diska. Ako pretpostavimo da su galaksije raspoređene na nebeskoj sferi s istom gustoćom, ispostavilo se da ih u promatranom prostoru ima 200 milijardi, no ta je procjena uvelike podcijenjena jer teleskop nije mogao primijetiti veliku većinu vrlo zamršenih galaksija.

Među galaksijama postoje patuljci i divovi. U autoritativnom Oxford Handbooku Suradnik na kozmologiju Izdanje iz 2008. godine kaže da najmanji galaksije sadrže milijune zvijezda, a najveći – trilijun. Te su informacije već zastarjelo. Kao profesor na Sveučilištu Texas u Austinu, John Kormendi, priopćio je PM, posljednjih godina otkriven je obitelj mini galaksija sa samo stotinama zvijezda: "To su tzv. Ultra-kompaktni patuljci čije linearne dimenzije leže unutar 20 parseka. mase takvih galaksija su milijuni i desetine milijuna sunčanih masa, najvjerojatnije je za to odgovorna tamna materija, iako neki znanstvenici vjeruju da značajan doprinos pripada crnim rupama i neutronskim zvijezdama. Definicija galaksije kao velike samostalne zvijezde ne radi više. " Na gornjoj granici galaktičkog spektra su supergianti s promjerom poretka megaparsa, čija zvjezdana populacija doseže stotine trilijuna.

Oblik i sadržaj

Galaktike se također razlikuju u morfologiji (tj. Oblika).Općenito, oni su podijeljeni u tri glavne klase – diskoidne, eliptične i nepravilne (nepravilne). Ovo je opća klasifikacija, puno je detaljnije.

Diskoidna galaksija je zvijezda palačinka koja rotira oko osi koja prolazi kroz njegov geometrijski centar. Obično na obje strane središnje zone palačinke nalazi se ovalni izbočina (iz engleskog. oticati). Bulge također rotira, ali s nižom kutnom brzinom od diska. Spiralne grane često se promatraju u ravnini diska, obilujući relativno mladim svijetlim svjetiljkama. Međutim, postoje galaktički diskovi i bez spiralne strukture, gdje su takve zvijezde znatno manje.

Zvjezdani skakač može rezati središnju zonu galaksije u obliku diska. Prostor unutar diska ispunjen je plinom prašine – polaznim materijalom za nove zvijezde i planetarne sustave. Galaksija ima dva diska: zvijezda i plin. Oni su okruženi galaktičkim halom – sfernim oblakom rijetkog vrućeg plina i tamne materije, što čini glavni doprinos ukupnoj masi galaksije. Halo također sadrži pojedinačne zvijezde i globularne klastere zvijezda (globularne klastere) do 13 milijardi godina starosti.U središtu gotovo bilo koje diskoidne galaksije, oboje s izbočenjem i bez izbočine, nalazi se supermasivna crna rupa. Najveće galaksije ovog tipa sadrže svaka 500 milijardi zvijezda.

Edwin Hubbleova tuning vilica
Godine 1926. poznati američki astronom Edwin Powell Hubble predložio je (i modernizirao 1936.) svoju klasifikaciju galaksija prema njihovoj morfologiji. Zbog svojstvenog oblika, ova klasifikacija se također naziva Hubbleov tuning vilica. Na "nozi" tunerske vilice nalaze se eliptičke galaksije, na zubima vilice se nalaze bezlične galaksije i spiralne galaksije bez skakača i šipke. Galaksije koje se ne mogu svrstati u jednu od navedenih klasa nazivaju se nepravilnim ili nepravilnim. Slika: "Kemija i život"

Eliptična galaksija, kao što njegov naziv implicira, ima oblik elipsoida. Ne rotira se kao cjelina i stoga nema aksijalnu simetriju. Njegove zvijezde, koje uglavnom imaju relativno malu masu i čvrstu dob, orbitiraju oko galaktičkog središta na različitim ravninama, a ponekad i ne pojedinačno, već u vrlo izduženim lancima. Nove zvijezde u eliptičnim galaktikama rijetko se slažu zbog nedostatka sirovina – molekularnog vodika.

Najveće i najmanje galaksije pripadaju eliptičnom tipu. Ukupni udio svojih predstavnika u galaktičkoj populaciji svemira je samo oko 20%. Te galaksije (s mogućim izuzetkom najmanjih i najslabijih) također sakrju supermasivne crne rupe u njihovim središnjim zonama. Elliptikalne galaksije imaju aureole, ali ne tako razlikuju kao one u diskoidima.

Preseljenje u zvijezde

Galaksije se distribuiraju u vanjskom prostoru, uopće nije kaotično. Masivne galaksije često su okružene malim satelitskim galaksijama.

Lokalna skupina galaksija
Kao i ljudi, galaksije se skupljaju u skupinama. Naša lokalna grupa uključuje dvije najveće galaksije u blizini oko 3 megaparca – Mliječni put i Andromeda (M31), trokutska galaksija i njihovi sateliti – Velika i mala Magelinska oblaka, patuljaste galaksije u Velikom psu, Pegazus, Kiel, Sextant, Phoenix i mnogi drugi – sve u broju od oko pedeset. Lokalna je grupa, zauzvrat, članica lokalnog virusa supercluster. Slika: Popularna mehanika

I naš Mliječni put i susjedna Andromeda imaju najmanje 14 satelita i, najvjerojatnije,oni su mnogo više. Galaksije se žele ujediniti u parovima, trostruko i većim skupinama desetaka gravitacijski povezanih partnera. Veće udruge, galaktički klasteri, sadrže stotine i tisuće galaksija (prvi je od tih skupina pronašao Messier). S vremena na vrijeme u središtu klastera promatra se posebno svijetla divovska galaksija koja se pojavila, vjeruje se, u procesu spajanja manjih galaksija. I konačno, tu su i superklasteri, koji uključuju galaktičke skupine i skupine, kao i pojedine galaksije. Obično su to izdužene strukture do stotina megaparsaca. Odvojene su gotovo potpuno slobodne od galaksija, prostornih praznina iste veličine. Superclusters više nisu organizirani u bilo koju strukturu višeg reda i raspršeni su po prostoru nasumično. Iz tog razloga, na ljestvici od nekoliko stotina megaparseča, naš je Svemir homogen i izotropan.

Sve druge galaksije se smatraju nepravilnim. One sadrže puno prašine i plina i aktivno mlade zvijezde. Na umjerenim udaljenostima od Mliječnog puta postoji samo nekoliko takvih galaksija, samo 3%. Međutim, među predmetima s velikim crvenim promjenama, čija je svjetlost emitirana najkasnije 3 milijarde godina nakon Velikog praska, njihov se udio snažno povećava.Očigledno, svi zvijezdići prve generacije bili su mali i imali su pogrešne obrise, a velike diskoidne i eliptičke galaksije pojavile su se mnogo kasnije.

Rođenje galaksija

Galaksije su rođene uskoro nakon zvijezda. Vjeruje se da su prve svjetiljke izbijale najkasnije 150 milijuna godina nakon Velikog praska. U siječnju 2011. tim astronoma koji je obrađivao podatke iz Hubble svemirskog teleskopa izvijestio je o mogućem promatranju galaksije čija je svjetlost ušla u svemir 480 milijuna godina nakon Velikog praska. U travnju je druga istraživačka skupina otkrila galaksiju koja je po svemu sudeći već bila u potpunosti formirana kada je mladi svemir bio star oko 200 milijuna godina.

Mliječni put

Sunce okreće oko središta jedne vrlo obične spiralne galaksije, koja se sastoji od 200 do 400 milijardi zvijezda.

Njegov promjer je približno jednak 28 kiloparseča (nešto više od 90 tisuća svjetlosnih godina). Polumjer sunčane intragalaktne orbite iznosi 8,5 kiloparata (tako da je naša zvijezda pomaknuta na vanjski rub galaksičkog diska), vrijeme potpunog revolucije oko središta galaksije iznosi približno 250 Ma.Izbočenje Mliječnog puta ima oblik elipsoida i obdareno je barom, koji je tek nedavno otkriven. U središtu ispupčenja je kompaktna jezgra puna zvijezda različitih dobnih skupina – od nekoliko milijuna godina do milijarde i više godina. Unutar jezgre, iza guste oblačne prašine nalazi se crna rupa koja je vrlo skromna prema galaktičkim standardima – samo 3,7 milijuna solarnih masa.

Karta našeg otoka
Koristeći infracrvene slike svemirskog teleskopa SpitzerAstronomi mapiraju Mliječni put. Sastoji se od dvije najveće spiralne ruke, Centaurus i Perseus Shield, povezane barom, i dva manja oružja, Strijelac i Trg, ispunjeni plinskim oblacima i regijama koje stvaraju zvijezde. Čak i manji rukavci uključuju vanjske, dugačke i srednje 3 kiloparske rukave. Naš solarni sustav nalazi se u Orionovoj maloj ruku (poticaj). Slika: Popularna mehanika

Naša galaksija ima dvostruki zvučni disk. Udio unutarnjeg diska, koji ima vertikalno ne više od 500 parseka, čini 95% zvijezda zone diska, uključujući i sve mlade svijetle zvijezde.Pokriva vanjski disk s debljinom od 1500 parseka, gdje žive starije zvijezde. Debljina prašine prašine Mliječne staze nije manja od 3,5 kiloparasa. Četiri spiralna rukavca diska – područja povećane gustoće medija plina i prašine – sadrže većinu najmasivnih zvijezda.
Promjer halogena Mliječnog puta nije manji od dvostrukog promjera diska. Pronašli su oko 150 globulskih klastera, starost najstarijih prelazi 13 milijardi godina. Halo je ispunjen tamnom pitkom strukturom. Prema najnovijim podacima, halo oblik je znatno spljoštena lopta. Ukupna masa galaksije može iznositi do 3 trilijuna sunčanih masa, a udio tamne materije iznosi 90-95%. Masa zvijezda na Mliječnom putu procjenjuje se na 90-100 milijardi solarnih masa.

Uvjeti za rođenje zvijezda i galaksija su se pojavili mnogo prije nego što je započeo. Kada je svemir prošao dobna oznaka od 400.000 godina, plazma u vanjskom prostoru zamijenjena je mješavinom neutralnog helija i vodika. Ovaj je plin još bio previše vruć da bi se smanjio na molekularne oblake što je dovelo do zvijezda. Međutim, ona je koegzistirao s česticama tamne tvari, u početku raspoređenim u prostoru, a ne prilično ravnomjerno – gdje je malo gušća, gdje je tanji.Oni nisu stupili u interakciju s plinom bionona i stoga su, pod djelovanjem međusobne privlačnosti, slobodno plutali u zone povećane gustoće. Prema modelnim kalkulacijama, već stotinu milijuna godina nakon Velikog praska u prostoru, stvaraju se tamne tvari veličine sadašnjeg Sunčevog sustava. Ujedinjeni su u veće strukture, unatoč širenju prostora. Znači, bilo je klastera oblaka tamne materije, a zatim i klasteri tih klastera. Odvezli su se u svemirski plin, dajući mu mogućnost da se zgusne i propadne. Na taj način pojavile su se prve supermassive zvijezde, koje su brzo eksplodirale s supernova i ostavile crne rupe. Ove eksplozije obogaćivale su vanjski prostor s elementima težim od helija, što je pridonijelo hlađenju urušavanja plinskih oblaka i stoga je omogućilo pojavu manje masivnih zvijezda druge generacije. Takve zvijezde već bi mogle postojati milijarde godina i zbog toga su se mogle stvoriti (opet uz pomoć tamne materije) gravitacijski vezani sustavi. Tako su nastale dugotrajne galaksije, uključujući naše.

"Mnoge detalje galaktogeneze još uvijek su skrivene u magli", kaže John Kormendi. "To se posebno odnosi na ulogu crnih rupa, koje se kreću od desetaka tisuća solarnih masa do apsolutnog rekorda do danas, 6,6 milijardi rupa iz jezgre eliptične galaksije M87, koja se nalazi od Sunca od 53,5 milijuna svjetlosnih godina. Rupice u centrima eliptičnih galaksija obično su okružene izbočinama sastavljenim od starih zvijezda. Algy masa crne rupe je obično tri reda veličine manja od mase isturiti – .. naravno, ako je ta osoba prisutna Ovaj uzorak je potvrđeno promatranjima, koja pokriva rupu mase milijuna do milijarde solarnih masa ".

Prema profesoru Kormendi, galaktičke crne rupe dobivaju masu na dva načina. Rupa, okružena punom izbočenjem, raste zahvaljujući apsorpciji plina, koja dolazi do izbočenja iz vanjske zone galaksije. Tijekom spajanja galaksija, intenzitet priljeva ovog plina oštro se povećava, što inicira izbijanje kvazara. Kao rezultat toga, izbojci i rupe paralelno se razvijaju, što objašnjava povezanost između svoje mase (iako mogu raditi drugi, još uvijek nepoznati mehanizmi).

Druga stvar je galaksije i pseudo-ćelavih galaksija bez podudaranja. Mase njihovih rupa obično ne prelaze 104-106 solarne mase. Prema profesoru Kormendiju, hranjeni su plinom zbog slučajnih procesa koji se javljaju u blizini rupice, a ne protežu se na cijelu galaksiju. Takva rupa raste bez obzira na evoluciju galaksije ili njegov pseudobalge, što predstavlja nedostatak korelacije među njihovim masama.

Uzgoj galaksija

Galaksije mogu povećati veličinu i masu. "U dalekoj prošlosti, galaksije su to učinile mnogo učinkovitije nego u posljednjim kozmološkim razdobljima", objašnjava Gart Illingworth, profesor astronomije i astrofizike na Kalifornijskom sveučilištu u Santa Cruzu. masu Sunca) po jedinici volumena vanjskog prostora (obično kubičnog megaparca) .U vrijeme formiranja prvih galaksija ova je brojka bila vrlo mala, a zatim je otišla u brz rast, se proširiti na sve dok je svemir do 2 milijarde. godine. Još tri milijarde.godinama je bio relativno konstantan, a zatim je počeo opadati skoro srazmjerno vremenu, a pad je i danas. Dakle, prije 7-8 milijardi godina prosječna stopa stvaranja zvijezda bila je 10-20 puta veća od modernog. Većina vidljivih galaksija već je u potpunosti formirana u toj dalekoj eri. "

Šivanje na rukavima Mliječnog puta

Na slici – rezultati evolucije u različitim vremenskim točkama – početna konfiguracija (), kroz 0.9 (b), 1,8 (c) i 2,65 milijardi godina (d). Prema izračunu modela, šipka i spiralni krakovi Mliječnog puta mogli su nastati kao posljedica sudara sa SagDEG-om, koji je u početku izvukao 50-100 milijardi solarnih masa. Dvaput je prošao kroz disk naše galaksije i izgubio dio svoje materije (običan i tamni), uzrokujući perturbacije njegove strukture. Trenutna masa SagDEG-a ne prelazi desetke milijuna solarnih masa, a sljedeći sukob, koji se očekuje najkasnije u 100 milijuna godina, vjerojatno će biti posljednji za to. Slika: Popularna mehanika

Istraživači sa Sveučilišta u Pittsburghu, Kalifornijsko sveučilište, Irvine i Atlantsko sveučilište Florida modelirali su stanje sudara Mliječnog puta i prethodnika patuljaste eliptičke galaksije u Strijelcu (Eliptična galaksija patuljastih strijelaca, SagDEG). Analizirali su dvije varijante sudara – sa svjetlom (3×1010 mase sunca) i teške (1011 masa Sunca) SagDEG. Slika (dno) s lijeva na desno pokazuje rezultate 2,7 milijarde godina evolucije Mliječnog puta bez interakcije s patuljastom galaksijom i interakcijom s lakim i teškim SagDEG varijantama.

Općenito, taj je trend jasan. Galaksije rastu na dva glavna načina. Prvo, oni dobivaju svježi materijal za stvaranje zvijezda, crtanje čestica plina i prašine iz okolnog prostora. Već nekoliko milijardi godina nakon Velikog praska, taj je mehanizam djelovao ispravno, jednostavno zato što je u svemiru bilo dovoljno materijala zvijezde za sve. Zatim, kada su zalihe ostale iscrpljene, stopa zvijezde porođaja pala. Međutim, galaksije su imale priliku povećati je zbog sudara i fuzije. Istina, za provedbu ove opcije, nužno je da galaksije u sukobu imaju pristojnu opskrbu međuzvjezdanom vodikom. Velike eliptičke galaksije, gdje je gotovo nestalo, spajanje ne pomaže, ali u diskoidnom i pogrešnom djelu.

Tečaj sudara

Pogledajmo što se događa kada se dvije približno slične galaksije diska spajaju. Njihove zvijezde gotovo se nikada ne sudaraju – udaljenosti između njih su prevelike. Međutim, plinski disk svake galaksije osjeća plimne sile zbog privlačnosti susjeda. Baryonna tvar diska gubi dio kutnog momenta i prebacuje se u središte galaksije, gdje se javljaju uvjeti za eksplozivan rast stope formiranja zvijezde. Dio te tvari apsorbira crne rupe, koje također dobivaju masu. U završnoj fazi spajanja galaksije, crne rupe se spajaju, a zvjezdani diskovi obaju galaksija gube svoju bivšu strukturu i raspršuju u svemiru. Kao rezultat toga, jedna eliptična je formirana iz para spiralnih galaksija. Ali to nije cjelovita slika. Zračenje mladih svijetlih zvijezda može izvući vodik iz novorođene galaksije. Istodobno, aktivno nakupljanje plina na crnu rupu čini nužnim da s vremena na vrijeme zadnji put puca u svemirske mlaznice čestica ogromne energije koja zagrijavaju plin kroz galaksiju i time spriječe stvaranje novih zvijezda. Galaksija postupno smanjuje – najvjerojatnije zauvijek.

Galaksije nejednakog kalibra se sudaraju drugačije. Velika galaksija može apsorbirati patuljak (odjednom ili u nekoliko faza) i istodobno sačuvati vlastitu strukturu. Ovaj galaktički kanibalizam također može potaknuti stvaranje zvijezda. Patuljasta galaksija u potpunosti se sruši, ostavljajući iza sebe lance zvijezda i mlazova kozmičkog plina, koji se promatraju iu našoj galaksiji iu susjednoj Andromedi. Ako jedna od galaksija u sukobu nije previše superiornija za druge, moguća su još zanimljiviji učinci.

Čekanje za super teleskopom

Galaktička astronomija preživjela je sve do gotovo devedesete obljetnice. Počela je od nule i puno je postigla. Međutim, broj neriješenih problema je vrlo velik. Dakle, nitko ne zna kada i kako su nastale prve galaksije i kako nastaju galaksije s diskom strukture. "Znanstvenici mnogo očekuju od infracrvenog orbitalnog teleskopa James Webb, koji je zakazan za pokretanje 2018.", kaže Garth Illingworth. Nažalost, nije jasno hoće li ovaj projekt biti dovršen – zbog financijskih poteškoća, će se održati. "


Like this post? Please share to your friends:

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