Stjerner: Galakser

Stjerner: Galakser

Alexey Levin
"Popular Mechanics" №11, 2011

Historien om studiet av planeter og stjerner er målt i tusenvis av år, av solen, kometer, asteroider og meteoritter – i århundrer. Men galakser spredt rundt universets klynger av stjerner, kosmiske gass- og støvpartikler, ble bare gjenstand for vitenskapelig forskning på 1920-tallet.

Galakser har blitt observert siden uendelig tid. En person med skarpt syn kan skille lyspunkter i natthimmelen som melkedråper. I det 10. århundre nevnte den persiske astronomen Abd-al-Raman al-Sufi i sin "The Fixed Stars Book" to lignende steder, nå kjent som Stor Magellanic Cloud og M31 Galaxy, aka Andromeda. Ved hjelp av teleskoper observerte astronomene flere og flere av disse gjenstandene, kalt nevler. Hvis engelske astronomen Edmund Halley kun oppførte seks nebler i 1716, inneholdt katalogen, publisert i 1784 av den franske marinestjernen Charles Messier, allerede 110 – blant dem fire dusin av disse galakser (inkludert M31). I 1802 publiserte William Herschel en liste over 2500 nebulae, og hans sønn John i 1864 publiserte en katalog med mer enn 5000 nebulae.

Naturen til disse gjenstandene i lang tid rømte fra forståelse.I midten av 1800-tallet så noen stygt sanser stjernesystemer som Melkeveien i dem, men teleskoper på den tiden ga ikke anledning til å teste denne hypotesen. Et århundre senere hevdet oppfatningen at hver nebula er en gasssky, opplyst innvendig av en ung stjerne. Senere var astronomer overbevist om at noen nebulae, inkludert Andromeda, inneholder mange stjerner, men i lang tid var det ikke klart om de befinner seg i vår Galaxy eller utover. Og bare i 1923-1924 bestemte Edwin Hubble at avstanden fra jord til Andromeda minst tre ganger diameteren av Melkeveien (faktisk ca. 20 ganger), og at M33, en annen nebula fra Messier-katalogen, ikke er mindre fjern fra oss. avstand. Disse resultatene markerte starten på en ny vitenskapelig disiplin – galaktisk astronomi.

Peeping på naboen
Vår nærmeste nabo, Andromeda Galaxy (M31) er en av de favoritt himmelske gjenstandene for amatør astronomiske observasjoner og fotografering. Og ikke bare amatør – illustrasjonen viser den kombinerte multispectralvisningen av M31, laget av romteleskopet Spitzer og NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX). GALEX UV-øyne åpner for Andromedas brennende natur – varme områder fylt med unge (vist blå) og gamle (grønne prikker og lyse gult område i midten av galaksen) stjerner. Følsomt IR-teleskop Spitzer ser en annen, kald side – stjernedannende regioner (vist rød), skjult fra nysgjerrige øyne av skyer av støv og gass. lilla områder hvor varme massive stjerner sameksisterer med kalde skyer omgitt av støv, er vist. Bilde: Populær mekanikk

Dverger og giganter

Universet er fylt med galakser av forskjellige størrelser og forskjellige masser. Deres nummer er kjent veldig grovt. For syv år siden, i løpet av tre og et halvt år, oppdaget Hubble-bankt teleskopet ca 10.000 galakser, og skannet i den sørlige konstellasjonen av Furnace et område av himmelen, hundre ganger mindre enn området på måneskiven. Hvis vi antar at galakser er fordelt over den himmelske sfæren med samme tetthet, viser det seg at det er 200 milliarder av dem i det observerte rommet. Imidlertid er dette estimatet sterkt undervurdert fordi teleskopet ikke kunne se mange mange svake galakser.

Blant galakser er det dverger og giganter. I den autoritative Oxford-håndboken Ledsager til kosmologi 2008-utgaven sier at de minste galakser inneholder millioner av stjerner, og de største billioner. Denne informasjonen er allerede blitt utdatert. Som professor ved University of Texas i Austin, John Kormendi, fortalte PM, de siste årene har en familie av mini-galakser blitt oppdaget med bare hundrevis av stjerner: massen av slike galakser er millioner og titalls millioner solmasser. Det er mest sannsynlig at mørkt materiale hovedsakelig er ansvarlig for dette, selv om enkelte forskere mener at et betydelig bidrag tilhører svarte hull og nøytronstjerner. Vær det som mulig, den gamle Definisjonen av en galakse som en stor, autonom stjernekluster virker ikke lenger. " På den øvre grensen til det galaktiske spektret er supergiants med en diameter på rekkefølgen av en megaparsek, hvis stjernestamme når hundrevis av billioner.

Form og innhold

Galakser varierer også i morfologi (dvs. form).Generelt er de delt inn i tre hovedklasser – discoid, elliptisk og uregelmessig (uregelmessig). Dette er en generell klassifisering, det er mye mer detaljert.

Discoid galaksen er en stjernepannekake som roterer rundt en akse som går gjennom det geometriske senteret. Vanligvis på begge sider av den sentrale sonen av pannekaken er det en oval bulge – bulge (fra engelsk. bule). Bulge roterer også, men med lavere vinkelhastighet enn disken. Spirale grener observeres ofte i platens plan, i overflod i relativt unge lyse armaturer. Imidlertid er det galaktiske disker og uten spiralstruktur, hvor slike stjerner er mye mindre.

Stellar jumperbaren kan kutte den sentrale sonen til en skiveformet galakse. Plassen inne i disken er fylt med et gassstøvmedium – utgangsmaterialet for nye stjerner og planetariske systemer. Galaksen har to disker: stjerne og gass. De er omgitt av galaktisk halo – en sfærisk sky av sjeldne varme gasser og mørk materie, noe som bidrar til den totale massen av galaksen. Haloen inneholder også individuelle gamle stjerner og kuleformede stjerneklynger (globulære klynger) opptil 13 milliarder år gammel.I midten av nesten hvilken som helst discoid galakse, både med buk og uten buk, er det et supermassivt svart hull. De største galakser av denne typen inneholder 500 milliarder stjerner hver.

Edwin Hubbles tuning gaffel
I 1926 foreslo den berømte amerikanske astronomen Edwin Powell Hubble (og i 1936 modernisert) sin klassifisering av galakser i henhold til deres morfologi. På grunn av sin karakteristiske form kalles denne klassifiseringen også Hubble tuning gaffel. På "tungen" på tuninggaffelen er elliptiske galakser, på gaflene i gaflene – lentikulære galakser uten ermer og spiralgalakser uten jumperbar og med bar. Galakser som ikke kan klassifiseres som en av de opplistede klassene kalles uregelmessig eller uregelmessig. Bilde: "Kjemi og liv"

En elliptisk galakse, som navnet antyder, har formen av en ellipsoid. Den roterer ikke som helhet og har derfor ikke aksial symmetri. Dens stjerner, som for det meste har en relativt liten masse og solid alder, bane rundt det galaktiske senteret i forskjellige planer og noen ganger ikke individuelt, men i svært langstrakte kjeder. Nye stjerner i elliptiske galakser tenner sjelden opp på grunn av mangel på råmaterialer – molekylært hydrogen.

Både de største og minste galakser tilhører den elliptiske typen. Den totale andelen av representanter i galaktiske befolkningen i universet er bare rundt 20%. Disse galakser (med mulig unntak av de minste og dunkeste) skjuler også supermassive sorte hull i deres sentrale soner. Elliptiske galakser har haloer, men ikke så forskjellige som de av diskoider.

Star resettlement

Galakser er fordelt i verdensrommet er ikke i det hele tatt kaotisk. Massive galakser er ofte omgitt av små satellittgalakser.

Lokal gruppe av galakser
Som mennesker kommer galakser sammen i grupper. Vår lokale gruppe inkluderer de to største galakser i nærheten av om lag 3 megaparsek – Melkveien og Andromeda (M31), Triangle-galaksen, og deres satellitter – de store og små magellanske skyene, dverggalaksene i den store hunden, Pegasus, Kiel, Sextant, Phoenix og mange andre – alt i antall på omtrent femti. Den lokale gruppen er i sin tur medlem av den lokale Virgo superklassen. Bilde: Populær mekanikk

Både vår Milky Way og nærliggende Andromeda har minst 14 satellitter, og mest sannsynlig,de er mye mer. Galakser elsker å komme sammen i par, tripler og større grupper med dusinvis av gravitasjonsrelaterte partnere. De større foreningene, galaktiske klynger, inneholder hundrevis og tusenvis av galakser (den første av disse klyngene ble oppdaget av Messier). Til tider observeres en spesielt lys gigantisk galakse i sentrum av klyngen, som har oppstått, antas det, i ferd med å slå sammen mindre galakser. Og til slutt er det også superkluster, som inkluderer galaktiske klynger og grupper, samt enkelte galakser. Vanligvis er disse langstrakte strukturer opptil hundrevis av megaparser. De er adskilt nesten helt fri fra galakser, kosmiske tomrom av samme størrelse. Superclusters er ikke lenger organisert i noen strukturer av høyere rekkefølge og er spredt rundt plass tilfeldig. Av denne grunn, på omfanget av flere hundre megaparser, er vårt univers homogen og isotropisk.

Alle andre galakser anses å være uregelmessige. De inneholder mye støv og gass og spiser aktivt unge stjerner. På moderate avstander fra Melkeveien er det få slike galakser, kun 3%. Imidlertid, blant objektene med stor redshift, hvis lys ble utgitt senest 3 milliarder år etter Big Bang, øker andelen deres kraftig.Tilsynelatende var alle stjernesystemene i den første generasjonen små og hadde feil konturer, og de store discoid- og elliptiske galakser dukket opp mye senere.

Fødsel av galakser

Galakser ble født kort etter stjernene. Det antas at de første armaturene brøt ut senest 150 millioner år etter Big Bang. I januar 2011 rapporterte et team av astronomer som behandlet informasjon fra Hubble-romteleskopet en sannsynlig observasjon av en galakse, hvis lys gikk ut i rommet 480 millioner år etter Big Bang. I april oppdaget en annen forskningsgruppe en galakse som med all sannsynlighet allerede var fullt dannet da det unge universet var rundt 200 millioner år gammel.

Milky måte

Solen kretser rundt midten av en ganske vanlig spiralgalakse, bestående av 200-400 milliarder stjerner.

Diameteren er omtrent lik 28 kiloparsecs (litt mer enn 90 tusen lysår). Radianten til solens intragalaktiske bane er 8,5 kiloparsecs (slik at vår stjerne er skiftet til den ytre kanten av galaktiske disken), tiden for en komplett revolusjon rundt Galaksens midtpunkt er ca 250 Ma.Bølgen av Melkeveien har en ellipsoid form og er utstyrt med en bar, som ble oppdaget bare nylig. I sentrum av bølgen er en kompakt kjede fylt med stjerner i forskjellige aldre – fra flere millioner år til milliard og eldre. Inne i kjernen ligger bak en tett støvsky et svart hull som er ganske beskjeden av galaktiske standarder – kun 3,7 millioner solmasser.

Kart over vår øy
Bruke infrarøde bilder av romteleskopet SpitzerAstronomer kartlegger Milky Way. Den består av to største spiralarmer, Centaurus- og Perseus-skjoldet, forbundet med en bar, og to mindre armer, Skytten og torget, fylt med gassskyger og stjernedannende regioner. Enda mindre ermer inkluderer Outer, Far og Middle 3 kiloparsec ermer. Vårt solsystem er i den lille armen (sporen) av Orion. Bilde: Populær mekanikk

Vår galakse kan skryte av en dobbel stjerne disk. Andelen av den interne disken, som ikke har mer enn 500 parsekser vertikalt, står for 95% av stjernene i disksonen, inkludert alle unge lyse stjerner.Den dekker den ytre disken med en tykkelse på 1500 parsek, hvor eldre stjerner bor. Tykkelsen av gasstøvskiven på Melkeveien er ikke mindre enn 3,5 kiloparsek. De fire spiralhylser på disken – områder med økt tetthet av gassstøvmediet – inneholder de fleste av de mest massive stjernene.
Diameteren av Halo av Melkeveien er ikke mindre enn dobbelt så stor som diskens diameter. De fant rundt 150 globulære klynger, alderen på de eldste overstiger 13 milliarder år. Haloen er fylt med mørkt materiale av en klumpete struktur. Ifølge de nyeste dataene er haloformen en signifikant flatt ball. Den totale massen av galaksen kan være opptil 3 billioner solmasser, og andelen av mørk materie står for 90-95%. Massen av stjerner i Melkeveien er estimert til 90-100 milliarder solmasser.

Betingelser for fødsel av stjerner og galakser oppstod lenge før det begynte. Da universet passerte aldersmerket på 400 000 år, ble plasma i ytre rom erstattet av en blanding av nøytral helium og hydrogen. Denne gassen var fortsatt for varm til å krympe inn i molekylære skyer som ga opphav til stjerner. Det sameksisterte imidlertid med partikler av mørkt materiale, som først ble fordelt i rommet, ikke helt jevnt – der det er litt tettere, der det er tynnere.De snakket ikke med baryongassen, og derfor, under virkningen av gjensidig tiltrekning, drev de fritt inn i soner med økt tetthet. Ifølge modellberegninger, allerede hundre millioner år etter Big Bang i rommet, ble mørke materielle skyer dannet av størrelsen på det nåværende solsystemet. De forenet til større strukturer, til tross for utvidelsen av verdensrommet. Så det var kluster av skyer av mørk materie, og deretter klynger av disse klyngene. De trakk i romgass, noe som gir muligheten til å tykke og kollapse. På den måten oppstod de første supermassive stjernene, som raskt eksploderte med supernovaer og etterlatt seg svarte hull. Disse eksplosjonene beriket ytre rom med elementer tyngre enn helium, noe som bidro til avkjøling av kollapsende gassskyger og dermed muliggjort fremveksten av mindre massive andre generasjons stjerner. Slike stjerner kunne allerede eksistere i tusenvis av år og kunne derfor formes (igjen med hjelp av mørk materie) gravitasjonelt bundet systemer. Dermed oppstod de langsiktige galakser, inkludert våre.

"Mange detaljer om galaktogenese er fortsatt gjemt i tåken, sier John Kormendi." Spesielt refererer det til rollen som svarte hull. Deres masser spenner fra titusenvis av solmasser til den absolutte platen til dato 6,6 milliarder et hull fra kjernen til en elliptisk galakse M87, som ligger 53,5 millioner lysår fra Solen. Hull i elliptiske galakser er vanligvis omgitt av buler som består av gamle stjerner. Algy massen av det sorte hullet er typisk tre størrelsesordener mindre enn massen til den bule – .. selvfølgelig, hvis vedkommende er tilstede Dette mønsteret er bekreftet ved observasjoner, dekker hullet massen av millioner til milliarder av solenergi masser ".

Ifølge professor Kormendi får galaktiske sorte hull masse på to måter. Hullet, omgitt av en fullverdig bølle, vokser på grunn av absorpsjon av gass, som kommer til bulgen fra den ytre sonen av galaksen. Under sammenslåingen av galakser øker intensiteten av tilstrømningen av denne gassen kraftig, noe som initierer kvasars utbrudd. Som et resultat utvikler bulger og hull parallelt, noe som forklarer sammenhengen mellom massene deres (selv om andre, ukjente mekanismer kan fungere).

En annen ting er ikke-matchende galakser og pseudo-skaldete galakser. Massene av hullene deres overstiger vanligvis ikke 104-106 solmasser. Ifølge professor Kormendi, blir de matet av gass på grunn av tilfeldige prosesser som forekommer nær hullet, og strekker seg ikke til hele galaksen. Et slikt hull vokser uavhengig av galaksens utvikling eller dens pseudobalge, som er årsaken til mangelen på korrelasjon mellom deres masser.

Voksende galakser

Galakser kan øke både størrelse og masse. "I den fjerne fortiden gjorde galakser dette mye mer effektivt enn i nyere kosmologiske epoker," forklarer professor i astronomi og astrofysikk ved University of California i Santa Cruz, Garth Illingworth. "Fødselsraten til nye stjerner er beregnet i forhold til den årlige produksjonen av en massemasse av stjernestoff (som sådan solens masse) per romvolum ytre rom (vanligvis en kubikk megaparsek). På tidspunktet for dannelsen av de første galakser var denne figuren svært liten, og deretter gikk i rask vekst, bli utvidet til så lenge som universet er under 2 milliarder. år. En annen 3 milliarder.i årevis var det relativt konstant, da begynte det å avta nesten i forhold til tiden, og nedgangen fortsetter til i dag. Så for 7-8 milliarder år siden var gjennomsnittlig stjernedannelseshastighet 10-20 ganger høyere enn den moderne. De fleste observerbare galakser er allerede fullt dannet i den fjerne tiden. "

Sy på Mørkens ermer

I figuren – resultatene av evolusjonen på forskjellige tidspunkter – den opprinnelige konfigurasjonen (en), gjennom 0,9 (b), 1,8 (c) og 2,65 milliarder år (d). Ifølge modellberegninger kunne stengene og spiralarmene til Milky Way være dannet som et resultat av kollisjoner med SagDEG, som i utgangspunktet trakk 50-100 milliarder solmasser. To ganger passerte den gjennom Galaxy-disken og mistet en del av saken (både vanlig og mørk) og forårsaket forstyrrelser i strukturen. Den nåværende massen av SagDEG overskrider ikke titalls millioner solmasser, og neste kollisjon, som forventes senest i 100 millioner år, er sannsynligvis den siste for den. Bilde: Populær mekanikk

Forskere fra University of Pittsburgh, University of California, Irvine, og Atlanterhavsuniversitetet i Florida modellerte kollisjonen av Milky Way og forgjengeren til en dverg elliptisk galakse i Skytten (Skytten Dwarf Elliptical Galaxy, SagDEG). De analyserte to varianter av kollisjoner – med lys (3×1010 massene av solen) og tungt (1011 massen av solen) SagDEG. Figuren (nederst), fra venstre mot høyre, viser resultatene av 2,7 milliarder år med utvikling av Milky Way uten samspill med dverggalaksen og med samspillet med de lette og tunge SagDEG-varianter.

Generelt sett er denne trenden klar. Galakser vokser på to hovedveier. Først får de friskt materiale til stjernedannelse, tegner gass og støvpartikler fra det omkringliggende rommet. I flere milliarder år etter Big Bang, virket denne mekanismen ordentlig, bare fordi det var nok stjerne materiale i rommet for alle. Da, da reservene var utarmet, falt starfødden. Imidlertid fant galaksen en mulighet til å øke den på grunn av kollisjon og fusjon. For å implementere dette alternativet er det imidlertid nødvendig at de kolliderende galakser har en anstendig tilførsel av interstellært hydrogen. Store elliptiske galakser, hvor det nesten er borte, hjelper ikke fusjonen, men i diskotek og feil fungerer det.

Kurs for kollisjon

La oss se hva som skjer når to grovt liknende disk type galakser slås sammen. Stjernene deres kolliderer nesten aldri – avstandene mellom dem er for store. Gassskiven i hver galakse føler imidlertid tidevannskrefter på grunn av tilgrensende tiltrekning. Baryon-materien på disken mister en del av vinkelmomentet og skifter til midten av galaksen, der forholdene oppstår for eksplosiv vekst av stjernedannelseshastigheten. En del av dette stoffet absorberes av svarte hull, som også får masse. I den endelige fasen av galaksefusjonen smelter de svarte hullene sammen, og stjerneskivene i begge galakser mister sin tidligere struktur og sprer seg i rommet. Som et resultat dannes en elliptisk form av et par spiralgalaksier. Men dette er ikke et komplett bilde. Strålingen av unge lyse stjerner er i stand til å blåse noe av hydrogenet ut av den nyfødte galaksen. Samtidig gjør den aktive tilførselen av gass på et svart hull det nødvendig for det siste fra tid til annen å skyte inn i rommet en stråle med partikler av enorm energi som forvarmer gassen gjennom galaksen og derved forhindrer dannelsen av nye stjerner. Galaksen er gradvis avtagende – mest sannsynlig for alltid.

Galakser av ulik kaliber kolliderer forskjellig. En stor galakse er i stand til å absorbere en dverg (samtidig eller i flere stadier) og samtidig bevare sin egen struktur. Denne galaktiske kannibalismen kan også stimulere stjernedannelse. Dverggalaksen faller helt sammen, og etterlater seg kjeder av stjerner og stråler av kosmisk gass, som observeres både i vår galakse og i nærliggende Andromeda. Hvis en av de kolliderende galakser ikke er overlegen til den andre, er det enda mer interessante virkninger.

Venter på superteleskopet

Galaktisk astronomi overlevde til nesten nittiende årsdagen. Hun startet fra bunnen av og oppnådde mye. Imidlertid er antall uløste problemer svært store. Så, ingen vet når og hvordan de første galakser ble dannet og hvordan galakser med en skivestruktur dannes. "Forskere forventer mye fra James Webb infrarødt orbital teleskop, som er planlagt å starte i 2018," sier Garth Illingworth. vil finne sted. "


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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