Starové ostrovy: Galaxie

Starové ostrovy: Galaxie

Alexey Levinová
"Populární mechanika" č.11, 2011

Historie studia planet a hvězd se měří v tisících let, slunce, komety, asteroidy a meteority – po celá staletí. Ale galaxie, rozptýlené kolem vesmírných hvězd, kosmických plynů a prachových částic, se staly předmětem vědeckého výzkumu teprve ve dvacátých letech minulého století.

Galaxie byly pozorovány od nepaměti. Osoba s ostrým zrakem může rozlišovat světlé skvrny na noční obloze jako kapky mléka. V 10. století říkal perský astronomer Abd-al-Raman al-Sufi ve své "Pevné hvězdářské knize" dvě podobná místa, dnes známá jako Velký Magellanický mraček a galaxie M31, známá také jako Andromeda. S příchodem dalekohledů astronomové pozorovali stále více těchto objektů, nazývaných mlhoviny. Pokud anglický astronom Edmund Halley uvedl v roce 1716 pouze šest mlhovin, katalog, který vydal v roce 1784 francouzský námořní astronomer Charles Messier, již obsahoval 110 – mezi nimi čtyři desítky těchto galaxií (včetně M31). V roce 1802 vydal William Herschel seznam 2500 mlhovin a jeho syn John v roce 1864 vydal katalog s více než 5000 mlhovinami.

Povaha těchto objektů po dlouhou dobu unikla pochopení.V polovině 18. století někteří moudří mysli viděli hvězdné systémy, jako je Mléčná dráha v nich, ale dalekohledy v té době neposkytly příležitost k testování této hypotézy. O sto let později převládalo názor, že každá mlhovina je plynový mrak, osvětlený uvnitř mladou hvězdou. Později byli astronomové přesvědčeni, že některé mlhoviny, včetně Andromedy, obsahují mnoho hvězd, ale po dlouhou dobu nebylo jasné, zda se nacházejí v naší Galaxii nebo mimo ni. A teprve v letech 1923-1924 Edwin Hubble určil, že vzdálenost od Země k Andromedě je alespoň trojnásobek průměru Mléčné dráhy (vlastně asi 20krát) a že M33, další mlhovina z Messierova katalogu, není od nás vzdálenější. vzdálenost Tyto výsledky znamenaly počátek nové vědecké disciplíny – galaktické astronomie.

Peeping na souseda
Náš nejbližší soused, Andromeda Galaxy (M31) je jedním z nejoblíbenějších nebeských objektů pro amatérské astronomické pozorování a fotografování. A nejenom amatér – obrázek ukazuje kombinovaný multispektrální pohled na M31, vyrobený vesmírným teleskopem Spitzer a NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX). GALEX UV oči otevírají ohnivou povahu Andromedy – horké oblasti plné mladých (ukázáno modrá) a starých (zelené tečky a jasné žlutá oblast v centru galaxie) hvězdy. Citlivý IR dalekohled Spitzer vidí jinou, studenou stranu – hvězdotvorné oblasti (zobrazené červená), skryté před zvědavými očima mraky prachu a plynu. Fialová oblasti, kde horké masivní hvězdy koexistují s chladnými mraky obklopenými prachem. Obrázek: Populární mechanika

Trpaslíci a obři

Vesmír je plný galaxií různých velikostí a různých hmotností. Jejich počet je velmi hrubý. Před sedmi lety, v průběhu tří a půl měsíce, objevil orbitální dalekohled Hubbleů asi 10 000 galaxií a skenoval v jižní souhvězdí pece plochu oblohy stokrát menší než oblast měsíčního disku. Pokud předpokládáme, že galaxie jsou distribuovány přes nebeskou sféru se stejnou hustotou, ukáže se, že v pozorovaném prostoru je 200 miliard z nich. Tento odhad je však značně podceňován, protože dalekohled nemohl zaznamenat mnoho velmi temných galaxií.

Mezi galaxiemi jsou trpaslíci a obři. V autoritativní příručce Oxford Doprovod k kosmologii Vydání 2008 uvádí, že nejmenší galaxie obsahují miliony hvězd a největší – biliony. Tyto informace jsou již zastaralé. Jak řekl profesor Texaské univerzity v Austinu, John Kormendi, v posledních letech byla objevena rodina mini-galaxií se stovkami hvězd: "Tito jsou tzv. Ultrakompaktní trpaslíci, jejichž lineární rozměry leží uvnitř 20 parseků. hmotnost těchto galaxií je miliony a desítky miliónů slunečních hmot. Nejvíce pravděpodobné je tmavá hmota, i když někteří vědci věří, že značný přínos patří černým děrům a neutronovým hvězdám. Definice galaxie jako velké autonomní hvězdokupy už nefunguje. " Na horní hranici galaktického spektra jsou supergianty o průměru řádově megaparsecu, jehož hvězdná populace dosahuje stovek bilionů.

Forma a obsah

Galaxie se také liší v morfologii (tj. Formě).Obecně jsou rozděleny do tří hlavních tříd – diskoidní, eliptické a nepravidelné. Toto je obecná klasifikace, je mnohem podrobnější.

Diskoidní galaxie je hvězdicová placka, která se otáčí kolem osy procházející geometrickým středem. Obvykle po obou stranách centrální zóny placky je oválný výklenek – vyvýšený (z angličtiny. vyklenutí). Buben se také otáčí, ale s nižší úhlovou rychlostí než disk. Spirálovité větve jsou často pozorovány v rovině disku, která je ohromná v poměrně mladých světlých svítidlech. Existují však galaktické disky a bez spirálové struktury, kde jsou takové hvězdy mnohem menší.

Hvězdná můstková lišta může vystřihnout centrální zónu galaxie ve tvaru disku. Prostor uvnitř disku je vyplněn plynovým prachem – výchozím materiálem pro nové hvězdy a planetární systémy. Galaxie má dva disky: hvězdu a plynu. Oni jsou obklopeni galaktickými halo – sférickým oblakem zřetelného horkého plynu a temné hmoty, což je hlavní přínos pro celkovou hmotnost galaxie. Halo také obsahuje jednotlivé staré hvězdy a globulární hvězdokupy (globulární klastry) staré až 13 miliard let.Ve středu téměř jakékoliv diskoidní galaxie, jak s vyvýšeninou, tak bez vyvýšení, je supermasivní černá díra. Největší galaxie tohoto typu obsahují 500 miliard hvězd.

Edwin Hubbleova ladička
V roce 1926 navrhl (a v roce 1936 modernizoval) klasický galaxii podle jejich morfologie slavný americký astronom Edwin Powell Hubble. Díky své charakteristické podobě se tato klasifikace nazývá také tunelová vidlice Hubble. Na "noze" tuningové vidlice jsou eliptické galaxie, na vidlicích vidlí – lentikulární galaxie bez rukávů a spirálních galaxií bez propojky a baru. Galaxie, které nelze klasifikovat jako jednu z uvedených tříd, se nazývají nepravidelné nebo nepravidelné. Obrázek: "Chemie a život"

Eliptická galaxie, jak naznačuje její název, má tvar elipsoidu. Neotáčí se jako celek, a proto nemá axiální symetrii. Jeho hvězdy, které většinou mají poměrně malý masový a pevný věk, obíhají kolem galaktického centra v různých rovinách a někdy nikoli jednotlivě, ale ve velmi podlouhlých řetězcích. Nové hvězdy v eliptických galaxiech se zřídka rozsvítí z důvodu nedostatku surovin – molekulárního vodíku.

Největší i nejmenší galaxie patří do eliptického typu. Celkový podíl jeho zástupců v galaktické populaci vesmíru je jen asi 20%. Tyto galaxie (s možnou výjimkou nejmenší a nejmenší) také skrývají supermasivní černé díry v jejich centrálních zónách. Eliptické galaxie mají haló, ale nejsou tak odlišné jako diskoidy.

Star přesídlení

Galaxie jsou distribuovány ve vesmíru, není vůbec chaotické. Masivní galaxie jsou často obklopeny malými satelitními galaxiemi.

Místní skupina galaxií
Stejně jako lidé, galaxie se shromažďují ve skupinách. Naše místní skupina zahrnuje dvě největší galaxie v okolí asi 3 megaparsek – Mléčnou dráhu a Andromedu (M31), trojúhelníkové galaxie a jejich satelity – Velké a malé Magellanické mraky, trpasličí galaxie Velkého psa, Pegasus, Kiel, Sextant, Phoenix a mnoho dalších – vše v počtu asi padesát. Místní skupina, podle pořadí, je členem místního superkolera Virgo. Obrázek: Populární mechanika

Obě naše Mléčná dráha a sousední Andromeda mají alespoň 14 satelitů,jsou mnohem víc. Galaxie se rádi spojují ve dvojicích, trojnásobných a větších skupinách desítek gravitačně souvisejících partnerů. Větší asociace, galaktické shluky, obsahují stovky a tisíce galaxií (první z těchto skupin byl objeven Messier). Občas se pozoruje obzvláště jasná gigantická galaxie ve středu hvězdokupy, která se objevila v procesu slučování menších galaxií. A konečně existují i ​​superkluze, které zahrnují galaktické klastry a skupiny, stejně jako jednotlivé galaxie. Obvykle se jedná o prodloužené struktury až na stovky megaparseků. Oni jsou od sebe téměř úplně prostíráni od galaxií, vesmírných dutin stejné velikosti. Superclustery již nejsou organizovány do žádných struktur vyšších řádů a jsou rozptýleny kolem vesmíru náhodně. Z tohoto důvodu je náš Vesmír homogenní a izotropní v měřítku několika set megaparseků.

Všechny ostatní galaxie jsou považovány za nepravidelné. Obsahují spoustu prachu a plynu a aktivně vytvářejí mladé hvězdy. Na mírných vzdálenostech od Mléčné dráhy existuje jen několik takových galaxií, pouze 3%. Nicméně mezi objekty s velkým červeným posunem, jehož světlo bylo vyzařováno nejpozději 3 miliardy let po Velkém třesku, se jejich podíl prudce zvyšuje.Zjevně byly všechny hvězdné systémy první generace malé a měly nesprávné obrysy a velké diskoidní a eliptické galaxie se objevily mnohem později.

Narození galaxií

Galaxie se narodily brzy po hvězdách. Předpokládá se, že první svítidla vypukly nejpozději 150 milionů let po Velkém třesku. V lednu 2011 vyslal tým astronomů, kteří zpracovávali informace z Hubbleova kosmického dalekohledu, pravděpodobnou pozornost galaxie, jejíž světlo proniklo do vesmíru po 480 milionech let po Velkém třesku. V dubnu objevila další výzkumná skupina galaxii, která se s největší pravděpodobností již byla plně tvořena, když byl mladý vesmír asi 200 milionů let starý.

Mléčná cesta

Slunce obíhá kolem středu běžné spirální galaxie, skládající se z 200-400 miliard hvězd.

Jeho průměr je přibližně 28 kiloparsec (mírně více než 90 tisíc světelných let). Poloměr sluneční intragalaktické oběžné dráhy je 8,5 kiloparseků (takže naše hvězda je posunuta k vnějšímu okraji galaktického disku), doba úplné otáčky kolem středu galaxie je přibližně 250 ma.Výdutí Mléčné dráhy má elipsoidní tvar a je vybavena barem, který byl objeven až nedávno. Ve středu výklenku je kompaktní jádro plné hvězd různého věku – od několika milionů let až po miliardu a starší. Uvnitř jádra leží za hustým prachem oblak černou díru, která je poměrně skromná podle galaktických norem – pouze 3,7 milionu slunečních hmot.

Mapa našeho ostrova
Použití infračervených obrazů vesmírného teleskopu SpitzerAstronomové mapují Mléčnou dráhu. Skládá se ze dvou největších spirálních ramen, Centaurus a Perseus štít, spojených barem a dvěma menšími rameny, Střelec a náměstí, plné plynových mračen a hvězdotvorných oblastí. Dokonce i menší rukávy zahrnují vnější, daleko a střední 3 kiloparsec rukávy. Naše sluneční soustava je v malém rameni Orionu. Obrázek: Populární mechanika

Naše galaxie se může pochlubit dvojitou hvězdou disku. Podíl interního disku, který nemá více než 500 parseků vertikálně, představuje 95% hvězd zóny disku, včetně všech mladých jasných hvězd.Zahrnuje vnější disk s tloušťkou 1500 parsec, kde žijí starší hvězdy. Tloušťka plynového prachu v mléčné dráze není menší než 3,5 kiloparsecs. Čtyři spirálové rukávy disků – oblasti s vyšší hustotou plynově-prachového média – obsahují většinu nejhmotnějších hvězd.
Průměr halo Mléčné dráhy není menší než dvojnásobek průměru disku. Našli asi 150 globulárních klastrů, věk nejstarší přesahuje 13 miliard let. Halo je plné temné hmoty s hrudkovitou strukturou. Podle nejnovějších údajů je halo tvar výrazně zploštělé koule. Celková hmotnost galaxie může být až 3 biliony slunečních hmot a podíl temné hmoty je 90-95%. Hmota hvězd v Mléčné dráze se odhaduje na 90-100 miliard solárních hmot.

Podmínky pro vznik hvězd a galaxií vznikly dlouho před tím, než začaly. Když vesmír prošel věkovou značkou 400 000 let, plazma ve vesmíru byla nahrazena směsí neutrálního hélia a vodíku. Tento plyn byl ještě příliš horký, než se mohl přeměnit na molekulární oblaky, které vedly ke vzniku hvězd. Nicméně, to coexisted s částicemi temné hmoty, které byly zpočátku ne zcela rovnoměrně rozložené v prostoru – kde je to trochu hustší, kde je tenčí.Neprováděli interakci s baryonovým plynem, a proto pod působením vzájemné přitažlivosti se volně pohybovali do zón s vyšší hustotou. Podle modelových výpočtů, již sto milionů let po velkém třesku ve vesmíru, vznikla temná hmota v oblacích o velikosti stávajícího slunečního systému. Sjednotili se do větších struktur, navzdory rozšiřování prostoru. Takže tam byly shluky mraků temné hmoty a pak shluky těchto shluků. Vytáhli do vesmírného plynu a dali mu příležitost zahustit a zhroutit. Tímto způsobem se objevily první supermasivní hvězdy, které rychle explodovaly se supernovami a zanechaly černou díru. Tyto výbuchy obohatily vesmír o prvky těžší než hélium, které přispívaly k ochlazování skládacích plynových mračen a umožnily tak vznik méně hmotných hvězd druhé generace. Takové hvězdy mohly již existovat miliardy let a byly proto schopny tvořit (opět s pomocí temné hmoty) gravitačně vázané systémy. Vznikly tak dlouhé galaxie, včetně našeho.

"Mnoho detailů galaktogeneze je stále skryto v mlze," říká John Kormendi. "Zejména se jedná o roli černých děr, jejichž hmotnost se pohybuje od desítek tisíců slunečních hmot až po dosavadní absolutní rekordní 6,6 miliardy slunečních hmot, které patří k černé díra z jádra eliptické galaxie M87, která se nachází ve vzdálenosti 53,5 milionu světelných let od Slunce. Otvory v centrech eliptických galaxií jsou obvykle obklopeny vyvýšeninami složenými ze starých hvězd. Spirální galaxie nemusí mít vůbec žádné vyvýšeniny nebo mají ploché podobnosti, pseudo Algy hmotnost černé díry je obvykle o tři řády menší než hmotnost boule – .. Samozřejmě, je-li tato osoba je přítomna Tento vzor je potvrzeno pozorováním, pokrývající otvor hmotnost milionů až miliard Sluncí ".

Podle profesora Kormendi, galaktické černé díry získávají hmotu dvěma způsoby. Otvor, obklopený plnohodnotnou vyvýšeninou, roste kvůli absorpci plynu, který se dostává do výbuchu z vnější oblasti galaxie. Během sloučení galaxií intenzita přílivu tohoto plynu prudce stoupá, což iniciuje vypuknutí kvazarů. Výsledkem je, že výboje a díry se vyvíjejí paralelně, což vysvětluje korelaci mezi jejich hmotami (i když mohou fungovat jiné, dosud neznámé mechanismy).

Jiná věc jsou galaxie bez galaxií a pseudopaletní galaxie. Masy jejich otvorů obvykle nepřesahují 104-106 sluneční hmoty. Podle profesora Kormendi jsou krmení plynem kvůli náhodným procesům, které se vyskytují poblíž díry, a nepřesahují celou galaxii. Taková díra roste bez ohledu na vývoj galaxie nebo její pseudobalge, což je důvod pro nedostatek korelace mezi jejich hmotami.

Pěstování galaxií

Galaxie mohou zvýšit velikost i hmotnost. "Ve vzdálené minulosti se galaxie udělaly mnohem efektivněji než v nedávných kosmologických obdobích," vysvětluje Gart Illingworth, profesor astronomie a astrofyziky na Kalifornské univerzitě v Santa Cruz. hmotnost Slunce) na jednotku objemu vesmíru (zpravidla kubický megaparsek). V době vzniku prvních galaxií byla tato hodnota velmi malá a pak se dostala do rychlého růstu, být rozšířena i na tak dlouho, jak vesmír je pod 2 miliardy. let. Další 3 miliardy.po celá léta to bylo poměrně konstantní, pak začalo klesat téměř v poměru k času a pokles pokračuje až do dnešního dne. Před 7-8 miliardami let byla průměrná míra tvorby hvězd 10-20krát vyšší než moderní. Většina pozorovatelných galaxií je již v té vzdálené éře plně formována. "

Šité na rukávech Mléčné dráhy

Na obrázku – výsledky evoluce v různých časových okamžicích – počáteční konfigurace (a), přes 0,9 (b), 1,8 (c) a 2,65 miliardy let (d). Podle modelových výpočtů by bar a spirální ramena Mléčné dráhy mohly být vytvořeny v důsledku kolizí se SagDEG, který původně vytáhl 50-100 miliard slunečních hmot. Dvakrát to prošlo diskem naší Galaxie a ztratilo část své hmoty (obyčejné i tmavé), což způsobilo poruchy její struktury. Současná hmotnost SagDEG nepřesahuje desítky milionů slunečních hmot a další srážka, která se očekává nejpozději za 100 milionů let, pravděpodobně bude poslední. Obrázek: Populární mechanika

Výzkumníci z University of Pittsburgh, University of California, Irvine a Atlantic University of Florida modelovali kolizi Mléčné dráhy a předchůdce trpasličí eliptické galaxie ve Střelci (Sagittarius trpasličí eliptická galaxie, SagDEG). Analyzovali dvě varianty kolizí – se světlem (3×1010 masy slunce) a těžké (1011 hmotnost Slunce) SagDEG. Obrázek (dole), zleva doprava, ukazuje výsledky 2,7 ​​miliardy let vývoje Mléčné dráhy bez interakce s trpasličí galaxií as interakcí s lehkými a těžkými variantami SagDEG.

Tento trend je obecně jasný. Galaxie rostou dvěma hlavními způsoby. Za prvé, získávají čerstvý materiál pro tvorbu hvězd, čerpání plynu a částice prachu z okolního prostoru. Několik miliard let po Velkém třesku tento mechanismus fungoval správně, prostě proto, že všichni měli dostatek hvězdných materiálů. Pak, když byly rezervy vyčerpány, klesla míra růstu hvězd. Nicméně, galaxie našla příležitost zvýšit to kvůli srážce a fúzi. Je pravda, že k provedení této možnosti je nutné, aby kolizející galaxie měly slušnou zásobu mezihvězdného vodíku. Velké eliptické galaxie, kde je skoro pryč, fúze nepomáhá, ale v diskoidní a špatné to funguje.

Kurz pro kolizi

Uvidíme, co se stane, když se spojují dvě zhruba podobné diskové galaxie. Jejich hvězdy se téměř nikdy nesetká – vzdálenost mezi nimi je příliš velká. Nicméně, plynový disk každé galaxie cítí přílivové síly kvůli přitažlivosti souseda. Baryonová hmota disku ztrácí část momentu hybnosti a posune se do středu galaxie, kde vzniknou podmínky pro výbušný růst rychlosti tvorby hvězd. Část této látky je absorbována černými otvory, které také získávají hmotnost. V závěrečné fázi spojování galaxií se spojují černé díry a hvězdné disky obou galaxií ztrácejí svou bývalou strukturu a rozptýlí se v prostoru. Výsledkem je, že jedna eliptika je tvořena dvojicí spirálních galaxií. Ale to není úplný obraz. Ozařování mladých jasných hvězd dokáže vyfouknout některé z vodíku z novorozenecké galaxie. Současně s aktivním nárůstem plynu na černé díry je nutné, aby poslední čas od času střílel do vesmíru tryskové částice s obrovskou energií, která předehřívá plyn v celé galaxii a tím zabraňuje tvorbě nových hvězd. Galaxie postupně snižuje – pravděpodobně navždy.

Galaxie nerovného kalibru se srazí jinak. Velká galaxie je schopna pohlcovat trpaslíka (najednou nebo v několika fázích) a současně zachovat svou vlastní strukturu. Tento galaktický kanibalismus může také stimulovat tvorbu hvězd. Trpasličí galaxie se úplně zhroutí a zanechává za sebou řetězy hvězd a proudů kosmického plynu, které jsou pozorovány jak v naší galaxii, tak v sousední Andromedě. Pokud jedna z kolizních galaxií není příliš nadřazená, je možné ještě zajímavější efekty.

Čekání na super dalekohled

Galaktická astronomie přežila až takřka devadesáté výročí. Začala od začátku a dosáhla hodně. Počet nevyřešených problémů je však velmi velký. Takže nikdo neví, kdy a jak vznikly první galaxie a jak se vytvářejí galaxie s diskovou strukturou. "Vědci očekávají hodně z infračerveného orbitálního dalekohledu Jamese Webba, který má být spuštěn v roce 2018," říká Garth Illingworth. "Bohužel není jasné, zda bude tento projekt dokončen – kvůli finančním potížím. bude probíhat. "


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: :???: :?: :!: