Stjerneøer: Galakser

Stjerneøer: Galakser

Alexey Levin
"Popular Mechanics" №11, 2011

Historien om undersøgelsen af ​​planeter og stjerner er målt i tusinder af år, solen, kometer, asteroider og meteoritter – i århundreder. Men galakser spredt rundt om universets klynger af stjerner, kosmiske gas- og støvpartikler, blev kun genstand for videnskabelig forskning i 1920'erne.

Galakser er blevet observeret siden alderen. En person med skarpt syn kan skelne lyspunkter i nathimlen som mælkedråber. I det 10. århundrede nævnte den persiske astronom Abd-al-Raman al-Sufi i sin "The Fixed Stars Book" to lignende steder, nu kendt som Stor Magellanic Cloud og M31 Galaxy, aka Andromeda. Med fremkomsten af ​​teleskoper observerede astronomerne flere og flere af disse objekter, kaldet nebulae. Hvis engelske astronom Edmund Halley kun nævner seks nebler i 1716, indeholdt kataloget, der blev offentliggjort i 1784 af den franske marinestjerner Charles Messier, allerede 110 – blandt dem fire dusin af disse galakser (herunder M31). I 1802 udgav William Herschel en liste over 2500 nebulae, og hans søn John i 1864 offentliggjorde et katalog med mere end 5.000 nebulae.

Naturen af ​​disse objekter i lang tid undslap fra forståelse.I midten af ​​det 18. århundrede så nogle slemme sind stjernesystemer som Mælkevejen i dem, men teleskoper på det tidspunkt gav ikke mulighed for at teste denne hypotese. Et århundrede senere råbte udtalelsen om, at hver nebula er en gassky, oplyst indefra af en ung stjerne. Senere var astronomer overbeviste om, at nogle nebulae, herunder Andromeda, indeholder mange stjerner, men i lang tid var det ikke klart, om de ligger i vores galakse eller derudover. Og kun i 1923-1924 fastslog Edwin Hubble, at afstanden fra jord til Andromeda mindst tre gange væskens diameter (faktisk ca. 20 gange) og at M33, en anden nebula fra Messier-kataloget, er ikke mindre afstand. Disse resultater markerede starten på en ny videnskabelig disciplin – galaktisk astronomi.

Peeping på naboen
Vores nærmeste nabo, Andromeda Galaxy (M31) er en af ​​de foretrukne himmelske objekter for amatør-astronomiske observationer og fotografering. Og ikke kun amatør – illustrationen viser den kombinerede multispectrale visning af M31, lavet af rumteleskopet Spitzer og NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX). GALEX UV-øjne åbner op for Andromedas brændende natur – varme områder fyldt med unge (vist blå) og gamle (grønne prikker og lyse gult område i midten af ​​galaksen) stjerner. Følsomt IR Teleskop Spitzer ser en anden, kold side – stjernedannende regioner (vist rød), skjult fra nysgerrige øjne af støv og gassky. lilla områder hvor varme massive stjerner sameksisterer med kolde skyer omgivet af støv er vist. Billede: Populær mekanik

Dværge og giganter

Universet er fyldt med galakser af forskellig størrelse og forskellige masser. Deres nummer er kendt meget groft. For syv år siden, i løbet af tre og et halvt år, opdagede Hubble-kredsløbets teleskop omkring 10.000 galakser, og scannede i den sydlige konstellation af Furnace et område af himlen, hundrede gange mindre end området på måneskiven. Hvis vi antager, at galakser fordeles over den himmelske kugle med samme tæthed, viser det sig, at der er 200 milliarder af dem i det observerede rum. Imidlertid vurderes dette skøn stærkt, fordi teleskopet ikke kunne bemærke mange mange svage galakser.

Blandt galakserne er der dværge og giganter. I den autoritative Oxford-håndbog Sammen med kosmologi 2008 udgave siger, at de mindste galakser indeholder millioner af stjerner og de største – billioner. Disse oplysninger er allerede blevet forældede. Som professor ved University of Texas i Austin, John Kormendi, fortalte PM, i de senere år er en familie af mini-galakser blevet opdaget med kun hundreder af stjerner: massen af ​​sådanne galakser er millioner og titusinder af solmasser. Det er sandsynligvis, at mørkt materiale hovedsagelig er ansvarlig for dette, selvom nogle videnskabsmænd mener, at et betydeligt bidrag tilhører sorte huller og neutronstjerner. Vær det som muligt, den gamle Definitionen af ​​en galakse som en stor autonom stjernekluster virker ikke længere. " På den øvre grænse af det galaktiske spektrum er supergiants med en diameter på størrelsen af ​​en megaparsec, hvis stjernestilbefolkning når hundreder af billioner.

Form og indhold

Galakser er også forskellige i morfologi (dvs. form).Generelt er de opdelt i tre hovedklasser – discoid, elliptisk og uregelmæssig (uregelmæssig). Dette er en generel klassifikation, der er meget mere detaljeret.

Discoid galaksen er en stjernepandekage, der roterer rundt om en akse, der går gennem dens geometriske center. Normalt på begge sider af den centrale zone af pandekagen er der en oval bulge – bulge (fra engelsk. bule). Bulge roterer også, men med en lavere vinkelhastighed end disken. Spirale grene observeres ofte i diskens plan, der er overflødige i forholdsvis unge lyse armaturer. Imidlertid er der galaktiske diske og uden en spiralstruktur, hvor sådanne stjerner er meget mindre.

Stellar Jumper-baren kan skære den centrale zone af en diskformet galakse. Rummet inde i disken er fyldt med et gasstøvmedium – udgangsmaterialet til nye stjerner og planetariske systemer. Galaksen har to diske: stjerne og gas. De er omgivet af galaktisk halo – en sfærisk sky af sjældent varm gas og mørk materie, hvilket gør det største bidrag til galakseens samlede masse. Haloen indeholder også individuelle gamle stjerner og globulære stjerneklynger (kugleformede klynger) op til 13 milliarder år gammel.I midten af ​​næsten enhver discoid galakse, både med udbulning og uden udbulning, er der et supermassivt sort hul. De største galakser af denne type indeholder 500 milliarder stjerner hver.

Edwin Hubbles tuning gaffel
I 1926 foreslog den berømte amerikanske astronom Edwin Powell Hubble (og i 1936 moderniseret) sin klassificering af galakser i henhold til deres morfologi. På grund af sin karakteristiske form kaldes denne klassifikation også Hubble tuning gaffel. På stemplets "ben" er der elliptiske galakser. På tænderne på en gaffel er der ædeløse galakser og spiralgalakser uden en jumperbar og med en bar. Galakser, der ikke kan klassificeres som en af ​​de nævnte klasser, kaldes uregelmæssig eller uregelmæssig. Billede: "Kemi og liv"

En elliptisk galakse, som navnet antyder, har form af en ellipsoid. Det roterer ikke som en helhed og har derfor ikke aksial symmetri. Dens stjerner, der for det meste har en relativt lille masse og solid alder, kredser rundt om det galaktiske centrum i forskellige planer og nogle gange ikke individuelt, men i stærkt aflange kæder. Nye stjerner i elliptiske galakser tændes sjældent på grund af manglen på råmaterialer – molekylær hydrogen.

Både de største og mindste galakser tilhører elliptisk type. Den samlede andel af dets repræsentanter i universets galaktiske befolkning er kun omkring 20%. Disse galakser (med mulig undtagelse af de mindste og svageste) skjuler også supermassive sorte huller i deres centrale zoner. Elliptiske galakser har haloer, men ikke så forskellige som dem i discoider.

Star resettlement

Galakser er fordelt i det ydre rum er slet ikke kaotisk. Massive galakser er ofte omgivet af små satellitgalakser.

Lokal gruppe af galakser
Ligesom mennesker kommer galakser sammen i grupper. Vores lokale gruppe omfatter de to største galakser i nærheden af ​​omkring 3 megaparsek – Mælkevejen og Andromeda (M31), Triangle-galaksen og deres satellitter – de store og små magellaniske skyer, dværggalakserne i den store hund, Pegasus, Kiel, Sextant, Phoenix og mange andre – alt i antallet af omkring halvtreds. Den lokale gruppe er igen medlem af den lokale Virgo supercluster. Billede: Populær mekanik

Både vores Milky Way og nabo Andromeda har mindst 14 satellitter, og mest sandsynligt,de er meget mere. Galakser elsker at komme sammen i par, tripler og større grupper af dusinvis af gravitationsrelaterede partnere. De større foreninger, galaktiske klynger, indeholder hundreder og tusindvis af galakser (den første af disse klynger blev opdaget af Messier). Til tider observeres en særlig lyst kæmpe galakse i centrum af klyngen, som er opstået, menes at være i færd med at slå sammen mindre galakser. Og endelig er der også superkluster, som omfatter galaktiske klynger og grupper samt individuelle galakser. Normalt er disse aflange strukturer op til hundrede megaparser. De adskilles næsten fuldstændigt fri for galakser, kosmiske hulrum i samme størrelse. Superclusters er ikke længere organiseret i nogen strukturer af højere orden og er spredt rundt i rummet tilfældigt. Af denne grund er vores univers på homogen og isotropisk skala på flere hundrede megaparser.

Alle andre galakser betragtes som uregelmæssige. De indeholder en masse støv og gas og spytter aktivt unge stjerner. På moderate afstande fra Mælkevejen er der få sådanne galakser, kun 3%. Men blandt de objekter med en stor redshift, hvis lys blev udsendt senest 3 milliarder år efter big bang, stiger deres andel kraftigt.Tilsyneladende var alle stjernesystemerne i den første generation små og havde de forkerte skitser, og de store discoid- og elliptiske galakser forekom meget senere.

Fødslen af ​​galakser

Galakser blev født kort efter stjernerne. Det antages, at de første armaturer brød ud senest 150 millioner år efter Big Bang. I januar 2011 rapporterede et team af astronomer, der behandlede oplysninger fra Hubble-rumteleskopet en sandsynlig observation af en galakse, hvis lys gik i rummet 480 millioner år efter Big Bang. I april opdagede en anden forskergruppe en galakse, der sandsynligvis allerede var fuldt dannet, da det unge univers var omkring 200 millioner år gammel.

Milky måde

Solen kredser omkring midten af ​​en helt almindelig spiralgalakse, der består af 200-400 milliarder stjerner.

Dens diameter er omtrent lig med 28 kiloparsecs (lidt mere end 90 tusind lysår). Radiosen af ​​solens intragalaktiske kredsløb er 8,5 kiloparsecs (så vores stjerne er skiftet til den yderste kant af galaktisk disk), tiden for en komplet revolution omkring Galaksens centrum er ca. 250 Ma.Mælkevejens udbulning har ellipsoid form og er udstyret med en bar, som først blev opdaget. I midten af ​​bølgen er en kompakt kerne fyldt med stjerner i forskellige aldre – fra flere millioner år til en milliard og ældre. Inde i kernen ligger en tæt støvsky bag et sort hul, der er ret beskedent ved galaktiske standarder – kun 3,7 millioner solmasser.

Kort over vores ø
Brug af infrarøde billeder af rumteleskopet SpitzerAstronomer kortlægger Melkevejen. Den består af to største spiralarme, Centaurus og Perseus Shield, forbundet med en bar og to mindre arme, Skytten og Pladsen, fyldt med gasskyer og stjernedannende regioner. Endnu mindre ærmer inkluderer Outer, Far og Middle 3 kiloparsec ærmer. Vores solsystem er i den lille arm (spore) af Orion. Billede: Populær mekanik

Vores galakse kan prale af en dobbelstjernet disk. Andelen af ​​den interne disk, der ikke har mere end 500 parsecs lodret, tegner sig for 95% af stjernerne i diskzonen, herunder alle unge lyse stjerner.Den dækker den ydre disk med en tykkelse på 1500 parsec, hvor ældre stjerner lever. Tykkelsen af ​​Mælkevejens gasstøvdisk er ikke mindre end 3,5 kiloparsecs. Diskens fire spiralmuffer – områder med øget tæthed af gasstøvmediet – indeholder de fleste af de mest massive stjerner.
Diameteren af ​​Mælkevejens halo er ikke mindre end dobbelt så stor som diskens diameter. De fandt omkring 150 kugleformede klynger, den ældste af de ældste overstiger 13 milliarder år. Haloen er fyldt med mørkt materiale af en klumpet struktur. Ifølge de seneste data er haloformen en markant fladet bold. Den samlede masse af galaksen kan være op til 3 billioner solmasser, og andelen af ​​mørk stof udgør 90-95%. Stjernens masse i Mælkevejen anslås til 90-100 mia solmasser.

Betingelser for fødslen af ​​stjerner og galakser opstod længe før det begyndte. Da universet passerede aldersmærket på 400.000 år, blev plasmaet i det ydre rum erstattet af en blanding af neutralt helium og hydrogen. Denne gas var stadig for varm til at krympe ind i molekylære skyer, der gav anledning til stjerner. Men det sameksisterede med partikler af mørkt materiale, der oprindeligt blev fordelt i rummet ikke helt ensartet – hvor det er lidt tættere, hvor det er tyndere.De interagere ikke med baryongassen, og derfor var de under aktionernes gensidige tiltrækning flydende frit i zoner med forøget tæthed. Ifølge modelberegninger, der allerede er hundrede millioner år efter Big Bang i rummet, blev mørke materie-skyer formet af det nuværende solsystem. De forenede i større strukturer, på trods af udvidelsen af ​​rummet. Så der var kluster af skyer af mørk materie, og derefter klynger af disse klynger. De trak i rumgas, hvilket gav mulighed for at tykke og kollapse. På den måde optrådte de første supermassive stjerner, som hurtigt eksploderede med supernovaer og efterlod sorte huller. Disse eksplosioner berigede ydre rum med elementer tungere end helium, hvilket bidrog til afkøling af sammenfaldende gasskyer og muliggjorde derfor fremkomsten af ​​mindre massive anden generationens stjerner. Sådanne stjerner kunne allerede eksistere i milliarder af år og kunne derfor danne (igen ved hjælp af mørke stoffer) gravitationsbundne systemer. Således opstod de langlivede galakser, herunder vores.

"Mange detaljer om galactogenese er stadig gemt i tågen," siger John Kormendi. "Dette refererer især til de sorte hullers rolle. Deres masser spænder fra titusinder af solmasser til den absolutte rekord til dato på 6,6 mia. Solmasser tilhørende den sorte et hul fra kernen i elliptiske galakse M87, der ligger 53,5 millioner lysår fra Solen. Huller i elliptiske galakser er normalt omgivet af buler af gamle stjerner. Spiralgalakserne må ikke have buler overhovedet eller kan have deres flad ligheder, Algy masse af det sorte hul er typisk tre størrelsesordener mindre end massen af ​​bule – .. selvfølgelig, hvis denne person er til stede Dette mønster bekræftes af observationer, der dækker hullet masse af millioner til milliarder af solmasser ".

Ifølge professor Kormendi får galaktiske sorte huller masse på to måder. Hullet, der er omgivet af en fuldt udspændt udbulning, vokser på grund af absorptionen af ​​gas, som kommer til udbulningen fra galaksens ydre zone. Under sammensmeltningen af ​​galakser øges intensiteten af ​​tilstrømningen af ​​denne gas kraftigt, hvilket initierer kvasars udbrud. Som følge heraf udvikler buler og huller parallelt, hvilket forklarer sammenhængen mellem deres masser (selv om andre, der stadig ikke er ukendte mekanismer, kan fungere).

En anden ting er ikke-matchende galakser og pseudo-skaldede galakser. Masserne af deres huller overstiger normalt ikke 104-106 solmasser. Ifølge professor Kormendi fodres de af gas på grund af tilfældige processer, der forekommer nær hullet, og strækker sig ikke til hele galaksen. Et sådant hul vokser uanset galakseens udvikling eller dens pseudobalge, der tegner sig for manglen på korrelation mellem deres masser.

Voksende galakser

Galakser kan øge både størrelse og masse. "I den fjerne fortid gjorde galakserne det meget mere effektivt end i de seneste kosmologiske tidspunkter," forklarer Gart Illingworth, professor i astronomi og astrofysik ved University of California i Santa Cruz. solens masse) pr. rummængde ydre rum (sædvanligvis en kubisk megaparsek). På tidspunktet for dannelsen af ​​de første galakser var denne figur meget lille og gik derefter i hurtig vækst, udvides til så længe Universet er under 2 mia. år. En anden 3 mia.i årevis var det relativt konstant, så begyndte det at falde næsten i forhold til tiden, og nedgangen fortsætter til i dag. Så for 7-8 milliarder år siden var den gennemsnitlige stjernedannelsesrate 10-20 gange højere end den moderne. De fleste observerbare galakser er allerede fuldt ud dannet i den fjerne tid. "

Sy på Mørkets ærmer

I figuren – resultaterne af evolution på forskellige tidspunkter – den oprindelige konfiguration (en), gennem 0,9 (b), 1,8 (c) og 2,65 milliarder år (d). Ifølge modelberegninger kunne Melkvejs stang og spiralarm kunne være dannet som følge af kollisioner med SagDEG, som oprindeligt trak 50-100 mia. Solmasser. To gange passerede den gennem Galaxy-disken og tabte en del af sin sag (både almindelig og mørk) og forårsagede forstyrrelser af dens struktur. Den nuværende masse af SagDEG overstiger ikke titusinder af solmasser, og den næste kollision, som forventes senest i 100 millioner år, vil sandsynligvis være den sidste for den. Billede: Populær mekanik

Forskere fra University of Pittsburgh, University of California, Irvine og Atlanterhavsuniversitetet i Florida modellerede situationen for kollisionen af ​​Mælkevejen og forgængeren af ​​dværg elliptiske galakse i Skytten (Skytten Dværg Elliptisk Galakse, SagDEG). De analyserede to varianter af kollisioner – med lys (3×1010 solens masser) og tunge (1011 solens masse) SagDEG. Figuren (nederst), fra venstre mod højre, viser resultaterne af 2,7 milliarder års udvikling af Vækstvejen uden samspil med dværggalaksen og med interaktionen med de lette og tunge SagDEG-varianter.

Generelt er denne tendens klar. Galakser vokser på to hovedveje. For det første får de nyt materiale til stjernedannelse, tegning af gas og støvpartikler fra det omgivende rum. I flere milliarder år efter big bang fungerede denne mekanisme korrekt, simpelthen fordi der var nok stjerne materiale i rummet for alle. Så, da reserverne blev udtømt, faldt stjernens fødselsrate. Galakserne fandt dog en mulighed for at øge det på grund af kollision og fusion. Det er sandt at gennemføre denne mulighed, at de kolliderende galakser har en anstændig forsyning af interstellært hydrogen. Store elliptiske galakser, hvor det næsten er væk, hjælper fusionen ikke, men i diskotek og forkert fungerer det.

Kursus for kollision

Lad os se, hvad der sker, når to stort set lignende typegods galakser fusionerer. Deres stjerner kolliderer næsten aldrig – afstanden mellem dem er for stor. Gasskiven i hver galakse føler dog tidevandsstyrker på grund af tiltrækningen af ​​en nabo. Diskens baryon-materiale mister en del af vinkelmomentet og skifter til galaksens centrum, hvor forholdene opstår for den eksplosive vækst i stjernens formationshastighed. En del af dette stof absorberes af sorte huller, som også får masse. I den afsluttende fase af galaksefusioner smelter de sorte huller sammen, og de to galakser i stjerneskiverne mister deres tidligere struktur og spredes i rummet. Som et resultat dannes en elliptisk form af et par spiralgalakser. Men dette er ikke et komplet billede. Strålingen fra unge lyse stjerner er i stand til at blæse noget af hydrogenet ud af den nyfødte galakse. Samtidig gør den aktive optagelse af gas på et sort hul det nødvendigt for det sidste fra tid til anden at skyde i rummet en stråle med partikler af enorm energi, som forvarmer gassen gennem galaksen og derved forhindrer dannelsen af ​​nye stjerner. Galaksen er gradvist aftagende – sandsynligvis for evigt.

Galakser af ulige kaliber kolliderer forskelligt. En stor galakse er i stand til at absorbere en dværg (på en gang eller i flere faser) og samtidig bevare sin egen struktur. Denne galaktiske kannibalisme kan også stimulere stjernedannelse. Dværggalaksen kollapser fuldstændigt og efterlader sig selv kæder af stjerner og stråler af kosmisk gas, som observeres både i vores galakse og i nabo Andromeda. Hvis en af ​​de kolliderende galakser ikke er overlegen til den anden, er der endnu mere interessante virkninger.

Venter på superteleskopet

Galaktisk astronomi overlevede indtil næsten det halvfemte årsdagen. Hun startede fra bunden og opnåede meget. Antallet af uløste problemer er imidlertid meget stort. Så, ingen ved, hvornår og hvordan de første galakser blev dannet, og hvordan galakserne med en skivestruktur dannes. "Forskere forventer meget af det James Webb infrarøde orbital teleskop, som forventes lanceret i 2018," siger Garth Illingworth. "Det er desværre ikke klart, om projektet vil blive gennemført på grund af økonomiske vanskeligheder. Forhåbentlig, vil finde sted. "


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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