Staroveké ostrovy: galaxie

Staroveké ostrovy: galaxie

Alexey Levin
"Populárna mechanika" №11, 2011

História štúdie planét a hviezd sa meria v tisícoch rokov, slnko, kométy, asteroidy a meteority – po stáročia. Ale galaxie roztrúsené okolo klastrov hviezd vesmíru, kozmického plynu a prachových častíc sa stali predmetom vedeckého výskumu až v dvadsiatych rokoch 20. storočia.

Galaxie boli pozorované už od nepamäti. Osoba s ostrým zrakom môže rozlíšiť svetlé škvrny na nočnej oblohe ako kvapky mlieka. V 10. storočí tento perský astronóm Abd-al-Raman al-Sufi uviedol vo svojom "knihe o pevných hviezdach" dve podobné miesta, dnes známe ako Veľké Magellanovo mračno a galaxia M31, tiež známe ako Andromeda. S príchodom ďalekohľadov astronómovia pozorovali stále viac týchto objektov, nazývaných hmloviny. Ak anglický astronóm Edmund Halley uviedol v roku 1716 len šesť hmlovín, katalóg, ktorý v roku 1784 uverejnil francúzsky námorný astronóm Charles Messier, už obsahoval 110 – medzi nimi štyri tucty týchto galaxií (vrátane M31). V roku 1802 vydal William Herschel zoznam 2500 hmlovín a jeho syn John v roku 1864 vydal katalóg s viac ako 5000 hmlovinami.

Povaha týchto objektov dlho unikla chápaniu.V polovici 18. storočia niektoré múdre mysle videli hviezdne systémy ako Mliečna dráha v nich, ale teleskopy v tej dobe neposkytli príležitosť na otestovanie tejto hypotézy. O storočie neskôr prevládal názor, že každá hmlovina je plynový oblak, osvetlený mladou hviezdou zvnútra. Neskôr boli astronómovia presvedčení, že niektoré hmloviny vrátane Andromedy obsahujú veľa hviezd, ale dlho nebolo jasné, či sa nachádzajú v našej Galaxii alebo mimo nej. A až v rokoch 1923-1924 Edwin Hubble rozhodol, že vzdialenosť od zeme k Andromedu je aspoň trikrát väčšia ako priemer Mliečnej dráhy (vlastne asi 20 krát) a že M33, ďalšia hmlovina z Messierovho katalógu, nie je od nás vzdialená. vzdialenosť. Tieto výsledky znamenali začiatok novej vedeckej disciplíny – galaktickej astronómie.

Peeping na suseda
Najbližší sused, galaxia Andromeda (M31) je jedným z obľúbených nebeských objektov pre amatérske astronomické pozorovania a fotografovanie. A nielen amatér – na obrázku je znázornený kombinovaný multispektrálny pohľad na M31, ktorý bol vytvorený vesmírnym teleskopom Spitzer a NASA Galaxy Evolution cestovateľ (GALEX). GALEX UV oči otvárajú ohnivú povahu Andromedy – horúce oblasti naplnené mladými (zobrazené modrý) a starých (zelené bodky a jasné žltá oblasť v strede galaxie) hviezdy. Citlivý infračervený dalekohľad Spitzer vidí inú, studenú stranu – oblasti tvoriace hviezdy (zobrazené červená), skryté pred očami očami mraky prachu a plynu. nachový oblasti, kde hromadné hviezdy sú spolu s chladnými oblaky obklopenými prachom. Obrázok: Populárna mechanika

Trpaslíci a obri

Vesmír je naplnený galaxiami rôznych veľkostí a rôznych hmotností. Ich počet je veľmi známy. Pred siedmimi rokmi v priebehu troch a pol mesiacov objavil orbitálny ďalekohľad Hubble približne 10 000 galaxií, pričom v južnej súhvezde Furnace hľadal plochu oblohy stokrát menšiu ako oblasť lunárneho disku. Ak predpokladáme, že galaxie sú distribuované cez nebeskú sféru s rovnakou hustotou, ukázalo sa, že v pozorovanom priestore je ich 200 miliárd. Tento odhad je však značne podceňovaný, pretože ďalekohľad si nevšimol veľa veľmi temných galaxií.

Medzi galaxiemi sú trpaslíci a obri. V autoritatívnej Oxford Handbook Sprievodca kozmológiou Vydanie v roku 2008 hovorí, že najmenšie galaxie obsahujú milióny hviezd a najväčšie trilióny. Tieto informácie už boli zastarané. Ako uviedol profesor na Texasskej univerzite v Austine, John Kormendi v posledných rokoch objavil rodinu mini-galaxií len stovkami hviezd: "Jedná sa o tzv. Extrémne kompaktných trpaslíkov, ktorých lineárne rozmery sa nachádzajú v rámci 20 parsekov." Napriek malému počtu hviezd, hmotnosť takýchto galaxií je milióny a desiatky miliónov solárnych častí, s najväčšou pravdepodobnosťou je pre ňu hlavne zodpovedná temná hmota, hoci niektorí vedci veria, že značný prínos patrí čiernym dierám a neutronovým hviezdam. Definícia galaxie ako veľkého autonómneho hviezdneho zoskupenia už nefunguje. " Na hornej hranici galaktického spektra sú supergianty s priemerom poriadku megaparsecu, ktorého hviezdna populácia dosahuje stovky biliónov.

Forma a obsah

Galaxie sa tiež líšia v morfológii (t.j. forme).Vo všeobecnosti sú rozdelené do troch hlavných tried – diskoidné, eliptické a nepravidelné. Toto je všeobecná klasifikácia, je oveľa podrobnejšia.

Diskoidná galaxia je hviezdicová palacinka, ktorá sa otáča okolo osi prechádzajúcej geometrickým stredom. Zvyčajne na oboch stranách centrálnej zóny palacinky je oválny výbežok – vydutie (z angličtiny. výduť). Oblúk sa tiež otáča, ale s nižšou uhlovou rýchlosťou ako disk. Spirálovité vetvy sú často pozorované v rovine disku, ktoré sa opierajú o pomerne mladé jasné svietidlá. Existujú však galaktické disky a bez špirálovej štruktúry, kde sú také hviezdy oveľa menšie.

Hviezdicový mostík – prúžok môže rezať centrálnu zónu galaxie v tvare disku. Priestor vnútri disku je naplnený plynovým prachom – východiskom pre nové hviezdy a planetárne systémy. Galaxia má dva disky: hviezdu a plyn. Sú obklopené galaktickým halo – sférickým oblakom zriedkavého horúceho plynu a tmavej hmoty, čo je hlavným prínosom pre celkovú hmotnosť galaxie. Halo tiež obsahuje jednotlivé staré hviezdy a hviezdokupové hviezdokupy (globulárne klastre) staré až 13 miliárd rokov.V strede takmer akejkoľvek diskoidnej galaxie, obaja s vydutie a bez vydutia, je supermasívna čierna diera. Najväčšie galaxie tohto typu obsahujú 500 miliárd hviezd.

Tuningová vidlica Edwina Hubblela
V roku 1926 navrhol slávny americký astronóm Edwin Powell Hubble (a v roku 1936 modernizoval) svoju klasifikáciu galaxií podľa ich morfológie. Vzhľadom na svoju charakteristickú podobu sa táto klasifikácia nazýva aj tunelová vidlica Hubble. Na "nohe" ladiacej vidlice sú eliptické galaxie, na vidliciach vidlíc – lentikulárnych galaxií bez rukávov a špirálových galaxií bez tyče a s tyčinkami. Galaxie, ktoré nemožno zaradiť do jednej z uvedených tried, sa nazývajú nepravidelné alebo nepravidelné. Obrázok: "Chémia a život"

Eliptická galaxia, ako naznačuje jej názov, má tvar elipsoidu. Neotáča sa ako celok, a preto nemá axiálnu symetriu. Jeho hviezdy, ktoré majú väčšinou relatívne malú hmotnosť a pevný vek, obiehajú okolo galaktického centra v rôznych rovinách a niekedy nie jednotlivo, ale vo veľmi predĺžených reťazcoch. Nové hviezdy v eliptických galaxiách sa zriedka rozsvietia v dôsledku nedostatku surovín – molekulárneho vodíka.

Najväčšie a najmenšie galaxie patria do eliptického typu. Celkový podiel jeho predstaviteľov v galaktickej populácii vesmíru je len asi 20%. Tieto galaxie (s možnou výnimkou najmenších a najmenších) tiež skrývajú supermasívne čierne diery v ich centrálnych zónach. Eliptické galaxie majú haló, ale nie tak odlišné ako diskoidy.

Star presídlenie

Galaxie sú distribuované vo vesmíre nie sú vôbec chaotické. Masívne galaxie sú často obklopené malými satelitnými galaxiami.

Miestna skupina galaxií
Rovnako ako ľudia, galaxie sa stretávajú v skupinách. Naša miestna skupina zahŕňa dve najväčšie galaxie v okolí približne 3 megaparsek – Mliečna dráha a Andromeda (M31), trojuholníková galaxia a ich satelity – Veľké a malé Magellanické mraky, trpasličné galaxie Veľkého psa, Pegasus, Kiel, Sextant, Phoenix a mnoho ďalších – všetko v počte približne päťdesiat. Miestna skupina je na druhej strane členom miestneho superkruhu Virgo. Obrázok: Populárna mechanika

Obaja naša Mliečna dráha a susedná Andromeda majú najmenej 14 satelitov a s najväčšou pravdepodobnosťou,sú oveľa viac. Galaxie sa radi stretávajú v pároch, trojnásobných a väčších skupinách desiatok gravitačne súvisiacich partnerov. Väčšie asociácie, galaktické zhluky, obsahujú stovky a tisíce galaxií (prvý z týchto zoskupení objavil Messier). Občas sa pozoruje mimoriadne jasná obrie galaxia v strede klastra, ktorá vznikla, predpokladá sa v procese zlúčenia galaxií menších rázov. A nakoniec, existujú aj superclustery, ktoré zahŕňajú galaktické zhluky a skupiny, ako aj jednotlivé galaxie. Obvykle sú to predĺžené štruktúry až do stoviek megaparsekov. Sú rozdelené takmer úplne bez galaxií, vesmírnych dutín rovnakej veľkosti. Superclustery už nie sú usporiadané do žiadnej štruktúry vyššieho rádu a sú rozptýlené v priestore náhodne. Z tohto dôvodu je na našom meradle niekoľko stoviek megaparsekov homogénny a izotropný.

Všetky ostatné galaxie sú považované za nepravidelné. Obsahujú veľa prachu a plynu a aktívne spúšťajú mladé hviezdy. Na miernych vzdialenostiach od Mliečnej dráhy existuje len niekoľko galaxií, iba 3%. Avšak medzi objektmi s veľkým červeným posunom, ktorých svetlo bolo vyžarované najneskôr 3 miliardy rokov po Veľkom tresku, ich podiel prudko stúpa.Zdá sa, že všetky hviezdne systémy prvej generácie boli malé a mali nesprávne obrysy a veľké diskoidné a eliptické galaxie sa objavili oveľa neskôr.

Narodenie galaxií

Galaxie sa narodili hneď po hviezdach. Predpokladá sa, že prvé svietidlá vypukla najneskôr 150 miliónov rokov po Veľkom tresku. V januári 2011 tím astronómov, ktorí spracovali informácie z Hubbleovho vesmírneho teleskopu, hlásil pravdepodobné pozorovanie galaxie, ktorej svetlo sa dostalo do vesmíru 480 miliónov rokov po Veľkom tresku. V apríli objavila ďalšia výskumná skupina galaxiu, ktorá bola so všetkou pravdepodobnosťou už plne formovaná, keď malý vesmír mal asi 200 miliónov rokov.

Mliečna cesta

Slnko obieha okolo stredu pomerne bežnej špirálovej galaxie pozostávajúcej z 200 až 400 miliárd hviezd.

Jeho priemer je približne rovný 28 kiloparsecům (o niečo viac ako 90 tisíc svetelných rokov). Polomer slnečnej intragalaktickej obežnej dráhy je 8,5 kiloparsec (takže naša hviezda je posunutá na vonkajší okraj galaktického disku), čas úplnej revolúcie okolo stredu Galaxie je približne 250 ma.Výčnelok Mliečnej dráhy má elipsoidný tvar a je vybavený barom, ktorý bol objavený až nedávno. V strede vyvýšenia je kompaktné jadro naplnené hviezdami rôzneho veku – od niekoľkých miliónov rokov až po miliardu rokov. Vo vnútri jadra za hustým prachovým oblakom leží čierna diera, ktorá je pomerne skromná podľa galaktických štandardov – iba 3,7 milióna solárnych častíc.

Mapa nášho ostrova
Používanie infračervených obrázkov vesmírneho teleskopu SpitzerAstronómovia mapujú Mliečnu dráhu. Skladá sa z dvoch najväčších špirálových ramien, Centaurus a Perseus štít, spojených barom a dvoch menších ramien, Strelec a námestie, naplnené plynovými mraky a hviezdicovitými oblasťami. Dokonca aj menšie rukávy zahŕňajú vonkajšie, vzdialené a stredné 3 kiloparsecové rukávy. Naša solárna sústava je v malom rameni Orionu. Obrázok: Populárna mechanika

Naša galaxia sa môže pochváliť dvojitým hviezdnym diskom. Podiel interného disku, ktorý nemá viac ako 500 parsekov vertikálne, predstavuje 95% hviezd diskovej zóny vrátane všetkých mladých jasných hviezd.Zahŕňa vonkajší disk s hrúbkou 1500 parsec, kde žijú staršie hviezdy. Hrúbka plynovo-prachového kotúča Mliečnej dráhy nie je menšia než 3,5 kiloparsec. Štyri špirálové objímky disku – oblasti s vyššou hustotou média s plynovým prachom – obsahujú väčšinu najhmotnejších hviezd.
Priemer halo Mliečnej dráhy nie je menší ako dvojnásobok priemeru disku. Zistili približne 150 globulárnych zhlukov, vek najstarších prekročí 13 miliárd rokov. Halo je naplnená tmavou hmotou s hrudkovitou štruktúrou. Podľa najnovších údajov je tvar halo výrazne sploštené. Celková hmotnosť galaxie môže predstavovať až 3 bilióny slnečných hmôt a podiel temnej hmoty je 90-95%. Hmota hviezd v Mliečnej dráhe sa odhaduje na 90-100 miliárd slnečných hmôt.

Podmienky pre vznik hviezd a galaxií vznikli dávno predtým, než začali. Keď vesmír prejde vekovú značku 400 000 rokov, plazma vo vesmíre bola nahradená zmesou neutrálneho hélia a vodíka. Tento plyn bol ešte príliš horúci, aby sa zmenil na molekulárne oblaky, ktoré spôsobili vznik hviezd. Napriek tomu však koexistuje s časticami temnej hmoty, ktoré boli pôvodne distribuované v priestore nie úplne rovnomerne – kde je trochu hustejšia, kde je tenšia.Nereagovali s baryónovým plynom, a preto pod pôsobením vzájomnej príťažlivosti voľne plávali do zón s vyššou hustotou. Podľa modelových výpočtov, už sto miliónov rokov po Veľkom tresku v priestore sa vytvorili temné hmlisté oblaky o veľkosti dnešnej slnečnej sústavy. Zjednotili sa do väčších štruktúr, napriek rozšíreniu priestoru. Takže tam boli zhluky mrakov temnej hmoty a potom zhluky týchto zhlukov. Vtiahli do vesmírneho plynu a dali mu príležitosť zahustiť a zrútiť. Týmto spôsobom sa objavili prvé supermasívne hviezdy, ktoré rýchlo explodovali so supernovami a zanechali čierne diery. Tieto výbuchy obohatili vesmírny priestor o prvky ťažšie než hélium, ktoré prispeli k ochladeniu zrútených plynových oblakov a tým umožnili vznik menej masívnych hviezd druhej generácie. Takéto hviezdy už existovali už miliardy rokov a boli preto schopné vytvoriť (opäť pomocou temnej hmoty) gravitačne viazané systémy. Vznikli tak galaxie s dlhou životnosťou, vrátane našej.

"Mnoho detailov galaktogeneza stále skryté v hmle, – hovorí John Körmend -. Najmä sa odkazuje na rolu čiernych dier Ich hmotnosť sa pohybuje od desiatok tisíc Sĺnk na absolútny dátum záznamu 6,6 miliardy Sĺnk, ktoré patria do čiernej .. diera eliptická galaxia M87 jadra, ktorá sa nachádza v 53,5 miliónov svetelných rokov od slnka. diery v centrách eliptických galaxií sú zvyčajne obklopené hrče zložených zo starých hviezd. Špirálové galaxie nemusí mať hrče alebo majú svoje podobizne plochý, pseudo Algy hmotnosť čiernej diery je zvyčajne o tri rády menšia ako hmotnosť hrče – .. Samozrejme, ak je táto osoba je prítomná Tento vzor je potvrdené pozorovaním, pokrývajúci otvor hmotnosť miliónov až miliárd Sĺnk ".

Podľa profesora Kormendi galaktické čierne diery získavajú hmotnosť dvomi spôsobmi. Diera, obklopená plnohodnotným výbežkom, rastie vďaka absorpcii plynu, ktorá prichádza k výbežku z vonkajšej zóny galaxie. Počas zlúčenia galaxií intenzita prílevu tohto plynu prudko stúpa, čo iniciuje vypuknutie kvazarov. Výsledkom je, že vyvýšeniny a dierky sa vyvíjajú paralelne, čo vysvetľuje vzťah medzi ich hmotami (aj keď môžu fungovať iné, stále neznáme mechanizmy).

Ďalšou vecou sú galaxie bez galaxií a pseudo-plešaté galaxie. Masy ich otvorov zvyčajne nepresahujú 104-106 slnečné hmoty. Podľa profesora Kormendiho sú kŕmené plynom kvôli náhodným procesom, ktoré sa vyskytujú v blízkosti otvoru a nevzťahujú sa na celú galaxiu. Takáto diera rastie bez ohľadu na vývoj galaxie alebo jej pseudobalge, čo zodpovedá nedostatku korelácie medzi ich hmotami.

Rastúce galaxie

Galaxie môžu zvýšiť veľkosť aj hmotnosť. "V dávnej minulosti galaxie to urobili oveľa efektívnejšie ako v nedávnych kozmologických obdobiach," vysvetľuje Gart Illingworth, profesor astronómie a astrofyziky na Kalifornskej univerzite v Santa Cruz. hmotnosť Slnka) na jednotku objemu vesmíru (zvyčajne kubický megaparsek) .V čase vzniku prvých galaxií bol tento údaj veľmi malý a potom sa dostal do rýchleho rastu, byť rozšírená aj na tak dlho, ako vesmír je pod 2 miliardy. rokov. Ďalšie 3 miliardy.po celé roky to bolo pomerne konštantné, potom začalo klesať takmer v pomere k času a pokles pokračuje až dodnes. Takže pred 7-8 miliardami rokov bola priemerná miera tvorby hviezd 10 až 20 krát vyššia ako moderná. Väčšina pozorovateľných galaxií je už v tejto vzdialenej dobe plne formovaná. "

Šiť na rukávoch Mliečnej dráhy

Na obrázku – výsledky vývoja v rôznych časových bodoch – počiatočná konfigurácia (), cez 0,9 (b), 1,8 (C) a 2,65 miliardy rokov (d). Podľa modelových výpočtov by mohol byť bar a špirálové ramená Mliečnej dráhy vytvorené v dôsledku kolízií so SagDEG, ktoré pôvodne vytiahli 50-100 miliárd solárnych častí. Dvakrát prešiel diskom našej Galaxie a stratil časť svojej hmoty (obyčajnej aj temnej), čo spôsobilo poruchy jeho štruktúry. Súčasná hmotnosť SagDEG nepresahuje desiatky miliónov slnečných hmôt a ďalšia kolízia, ktorá sa očakáva najneskôr za 100 miliónov rokov, pravdepodobne bude posledná. Obrázok: Populárna mechanika

Výskumníci z University of Pittsburgh, University of California, Irvine a Atlantic University of Florida modelovali situáciu kolízie Mliečnej dráhy a predchodcu trpasličí eliptickej galaxie v StrelecSagittarius trpasličí eliptická galaxia, SagDEG). Analyzovali dva varianty kolízií – so svetlom (3×1010 hmotnosť Slnka) a ťažké (1011 hmotnosť Slnka) SagDEG. Obrázok (dole) zľava doprava zobrazuje výsledky 2,7 ​​miliardy rokov vývoja Mliečnej dráhy bez interakcie s trpasličími galaxiami a interakciou s ľahkými a ťažkými variantmi SagDEG.

Vo všeobecnosti je tento trend jasný. Galaxie rastú dvoma hlavnými spôsobmi. Najprv získavajú čerstvý materiál na tvorbu hviezd, odťahujú plyn a prachové častice z okolitého priestoru. Niekoľko miliárd rokov po Veľkom tresku tento mechanizmus fungoval správne, jednoducho preto, že pre vesmír bol dostatok hviezdnych materiálov. Potom, keď boli rezervy vyčerpané, klesla miera narodenia. Galaxie však našli príležitosť zvýšiť ju v dôsledku zrážky a fúzie. Na realizáciu tejto možnosti je však potrebné, aby kolízne galaxie mali slušné zásobovanie medzihviezdnym vodíkom. Veľké eliptické galaxie, kde je takmer preč, fúzia nepomôže, ale v diskoide a nesprávne to funguje.

Kurz pre zrážku

Pozrime sa, čo sa stane, keď sa zhromaždia dve zhruba podobné galaxie typu disk. Ich hviezdy sa takmer nikdy nezhromažďujú – vzdialenosti medzi nimi sú príliš veľké. Avšak plynový disk každej galaxie cíti prílivové sily v dôsledku prilákania suseda. Baryónová hmota disku stráca časť momentu hybnosti a posunie sa do stredu galaxie, kde vzniknú podmienky na výbušný rast rýchlosti tvorby hviezd. Časť tejto látky je absorbovaná čiernymi dierami, ktoré tiež získavajú hmotnosť. V záverečnej fáze zlúčenia galaxií sa zlúčia čierne diery a hviezdne disky oboch galaxií strácajú svoju pôvodnú štruktúru a rozptýlia sa v priestore. Výsledkom je, že jedna eliptická vrstva je vytvorená z dvojice špirálových galaxií. Ale to nie je úplný obraz. Žiarenie mladých jasných hviezd dokáže vyfúknuť časť vodíka z novonarodenej galaxie. Zároveň aktívne nahromadenie plynu na čiernu dieru spôsobuje, že je potrebné, aby čas od času strieľal do priestoru prúd častíc obrovskej energie, ktorý predhrieva plyn v celej galaxii a tým zabraňuje vzniku nových hviezd. Galaxia sa postupne znižuje – s najväčšou pravdepodobnosťou navždy.

Galaxie nerovného kalibru sa zrazia inak. Veľká galaxia je schopná absorbovať trpaslíka (naraz alebo v niekoľkých štádiách) a súčasne zachovať svoju vlastnú štruktúru. Tento galaktický kanibalizmus môže tiež stimulovať tvorbu hviezd. Trpasličí galaxia sa úplne zrúti a zanechá za sebou reťaz reťazcov hviezd a prúdov kozmického plynu, ktoré sú pozorované tak v našej galaxii, ako aj v susednej Androméde. Ak jedna z kolískových galaxií nie je príliš nadradená druhej, sú ešte možné ďalšie zaujímavé efekty.

Čakanie na super ďalekohľad

Galaktická astronómia prežila až takmer deväťdesiate výročie. Začala od začiatku a dosiahla veľa. Počet nevyriešených problémov je však veľmi veľký. Takže nikto nevie, kedy a ako boli vytvorené prvé galaxie a ako sa vytvárajú galaxie s diskovou štruktúrou. "Vedci očakávajú veľa z infračerveného orbitálneho teleskopu spoločnosti James Webb, ktorý má začať v roku 2018." Bohužiaľ, nie je jasné, či bude tento projekt dokončený – kvôli finančným ťažkostiam, sa uskutoční. "


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

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