Jeta e galaktikave dhe historia e studimit të tyre

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Historia e studimit të planetëve dhe yjeve matet në mijëvjeçarë, Dielli, kometat, asteroidet dhe meteoritët - në shekuj. Por galaktikat, të shpërndara në të gjithë Universin, grupime yjesh, gaz kozmik dhe grimca pluhuri, u bënë objekt i kërkimit shkencor vetëm në vitet 1920.

Galaktikat janë vëzhguar që nga kohra të lashta. Një person me shikim të mprehtë mund të dallojë pika të lehta në qiellin e natës, të ngjashme me pikat e qumështit. Në shekullin e 10-të, astronomi pers Abd-al-Raman al-Sufi përmendi në librin e tij të yjeve të fiksuar dy pika të ngjashme, të njohura tani si Reja e Madhe e Magelanit dhe galaktika M31, e njohur ndryshe si Andromeda.

Me ardhjen e teleskopëve, astronomët kanë vëzhguar gjithnjë e më shumë nga këto objekte, të quajtura mjegullnaja. Nëse astronomi anglez Edmund Halley renditi vetëm gjashtë mjegullnaja në 1716, atëherë katalogu i botuar në 1784 nga astronomi detar francez Charles Messier përmbante tashmë 110 - dhe midis tyre katër duzina galaktika të vërteta (përfshirë M31).

Në 1802, William Herschel botoi një listë me 2,500 mjegullnaja, dhe djali i tij John botoi një katalog me më shumë se 5,000 mjegullnaja në 1864.

Fqinji ynë më i afërt, galaktika Andromeda (M31), është një nga objektet qiellore të preferuara për vëzhgime astronomike amatore dhe fotografi.

Natyra e këtyre objekteve i ka shpëtuar prej kohësh kuptimit. Në mesin e shekullit të 18-të, disa mendje të mprehta panë në to sisteme yjore të ngjashme me Rrugën e Qumështit, por teleskopët në atë kohë nuk dhanë një mundësi për të testuar këtë hipotezë.

Një shekull më vonë, mbizotëroi mendimi se çdo mjegullnajë është një re gazi e ndriçuar nga brenda nga një yll i ri. Më vonë, astronomët u bindën se disa mjegullnaja, përfshirë Andromedën, përmbajnë shumë yje, por për një kohë të gjatë nuk ishte e qartë nëse ato ndodheshin në galaktikën tonë apo më gjerë.

Vetëm në vitet 1923-1924 Edwin Hubble përcaktoi se distanca nga Toka në Andromeda ishte të paktën tre herë më e madhe se diametri i Rrugës së Qumështit (në fakt, rreth 20 herë) dhe se M33, një mjegullnajë tjetër nga katalogu Messier, nuk ishte më pak larg nesh.distanca. Këto rezultate shënuan fillimin e një disipline të re shkencore - astronomisë galaktike.

Në vitin 1926, astronomi i famshëm amerikan Edwin Powell Hubble propozoi (dhe në vitin 1936 modernizoi) klasifikimin e tij të galaktikave sipas morfologjisë së tyre. Për shkak të formës së tij karakteristike, ky klasifikim quhet edhe "Hubble Tuning Fork".

Në "rrjedhën" e pirunit akordues ka galaktika eliptike, në dhëmbëzat e pirunit - galaktika thjerrëzore pa mëngë dhe galaktika spirale pa urë bar dhe me shufër. Galaktikat që nuk mund të klasifikohen si një nga klasat e listuara quhen të parregullta ose të parregullta.

Xhuxhët dhe gjigantët

Universi është i mbushur me galaktika të madhësive dhe masave të ndryshme. Numri i tyre dihet shumë afërsisht. Në vitin 2004, teleskopi orbital Hubble zbuloi rreth 10,000 galaktika në tre muaj e gjysmë, duke skanuar në konstelacionin jugor Fornax një rajon të qiellit që është njëqind herë më i vogël se zona e diskut hënor.

Nëse supozojmë se galaktikat janë të shpërndara në sferën qiellore me të njëjtën densitet, rezulton se ka 200 miliardë në hapësirën e vëzhguar. Megjithatë, ky vlerësim është shumë i nënvlerësuar, pasi teleskopi nuk ishte në gjendje të dallonte një numër të madh galaktikash shumë të zbehta..

Forma dhe përmbajtja

Galaktikat gjithashtu ndryshojnë në morfologji (d.m.th., në formë). Në përgjithësi, ato ndahen në tre klasa kryesore - në formë disku, eliptike dhe të parregullta (të parregullta). Ky është një klasifikim i përgjithshëm, ka shumë më të detajuar.

Galaktikat nuk janë aspak të shpërndara rastësisht në hapësirën e jashtme. Galaktikat masive shpesh rrethohen nga galaktika të vogla satelitore. Si Rruga jonë e Qumështit ashtu edhe Andromeda fqinje kanë të paktën 14 satelitë, dhe ka shumë të ngjarë që të ketë shumë më tepër. Galaktikave u pëlqen të bashkohen në çifte, treshe dhe grupe më të mëdha me dhjetëra partnerë të lidhur gravitacionale.

Shoqatat më të mëdha, grupimet galaktike, përmbajnë qindra e mijëra galaktika (grupet e para të tilla u zbuluan nga Messier). Ndonjëherë, një galaktikë gjigante veçanërisht e shndritshme vërehet në qendër të grumbullimit, e cila besohet të ketë lindur gjatë bashkimit të galaktikave më të vogla.

Dhe së fundi, ka edhe supergrupe, të cilat përfshijnë si grupimet dhe grupet galaktike, ashtu edhe galaktikat individuale. Zakonisht këto janë struktura të zgjatura deri në qindra megaparsek në gjatësi. Ato ndahen nga boshllëqe hapësinore pothuajse plotësisht pa galaktika të së njëjtës madhësi.

Supergrupet nuk janë më të organizuara në asnjë strukturë të një niveli më të lartë dhe janë të shpërndara në të gjithë Kozmosin në mënyrë të rastësishme. Për këtë arsye, në një shkallë prej disa qindra megaparseksësh, Universi ynë është homogjen dhe izotropik.

Një galaktikë në formë disku është një petull yjor që rrotullohet rreth një boshti që kalon përmes qendrës së saj gjeometrike. Zakonisht në të dy anët e zonës qendrore të petullës ka një fryrje ovale (nga fryrja angleze). Fryrja gjithashtu rrotullohet, por me një shpejtësi këndore më të ulët se disku. Në rrafshin e diskut, shpesh vërehen degë spirale, me bollëk me ndriçues të shndritshëm relativisht të rinj. Megjithatë, ka disqe galaktikë pa strukturë spirale, ku ka shumë më pak yje të tillë.

Zona qendrore e një galaktike në formë disku mund të pritet nga një shirit yjor - një shirit. Hapësira brenda diskut është e mbushur me një medium gazi dhe pluhuri - materiali burimor për yjet e rinj dhe sistemet planetare. Galaktika ka dy disqe: yjor dhe të gaztë.

Ata janë të rrethuar nga një halo galaktike - një re sferike e gazit të nxehtë të rrallë dhe materies së errët, e cila jep kontributin kryesor në masën totale të galaktikës. Halo përmban gjithashtu yje të vjetër individualë dhe grupime yjore globulare (grumbullime globulare) deri në 13 miliardë vjet të vjetra. Në qendër të pothuajse çdo galaktike në formë disku, me ose pa fryrje, ka një vrimë të zezë supermasive. Galaktikat më të mëdha të këtij lloji përmbajnë 500 miliardë yje secila.

rruga e Qumështit

Dielli rrotullohet rreth qendrës së një galaktike spirale krejt të zakonshme, e cila përfshin 200-400 miliardë yje. Diametri i tij është afërsisht 28 kiloparsekë (pak më shumë se 90 vite dritë). Rrezja e orbitës intragalaktike diellore është 8.5 kiloparsekë (në mënyrë që ylli ynë të zhvendoset në skajin e jashtëm të diskut galaktik), koha e një revolucioni të plotë rreth qendrës së Galaktikës është rreth 250 milion vjet.

Fryrja e Rrugës së Qumështit është në formë eliptike dhe ka një shirit që u zbulua së fundmi. Në qendër të fryrjes është një bërthamë kompakte e mbushur me yje të moshave të ndryshme - nga disa milion vjet në një miliard e më të vjetër. Brenda bërthamës, pas reve të dendura me pluhur, shtrihet një vrimë e zezë mjaft modeste sipas standardeve galaktike - vetëm 3.7 milionë masa diellore.

Galaxy ynë krenohet me një disk të dyfishtë yjor. Disku i brendshëm, i cili nuk ka më shumë se 500 parsekë vertikalisht, përbën 95% të yjeve në zonën e diskut, duke përfshirë të gjithë yjet e rinj të shndritshëm. Ai është i rrethuar nga një disk i jashtëm 1500 parsek i trashë, ku jetojnë yjet më të vjetër. Disku i gaztë (më saktë, gaz-pluhur) i Rrugës së Qumështit është të paktën 3.5 kiloparsekë i trashë. Katër krahët spirale të diskut janë rajone me densitet të shtuar të mjedisit gaz-pluhur dhe përmbajnë shumicën e yjeve më masivë.

Diametri i aureolës së Rrugës së Qumështit është të paktën dyfishi i diametrit të diskut. Rreth 150 grupime globulare janë zbuluar atje dhe, ka shumë të ngjarë, rreth pesëdhjetë të tjera nuk janë zbuluar ende. Grupet më të vjetra janë mbi 13 miliardë vjet të vjetra. Haloja është e mbushur me lëndë të errët me një strukturë me gunga.

Deri kohët e fundit, besohej se halo është pothuajse sferike, megjithatë, sipas të dhënave të fundit, ajo mund të rrafshohet ndjeshëm. Masa totale e galaktikës mund të jetë deri në 3 trilion masa diellore, me lëndën e errët që përbën 90-95%. Masa e yjeve në Rrugën e Qumështit vlerësohet të jetë 90-100 miliardë herë më e madhe se masa e Diellit.

Një galaktikë eliptike, siç sugjeron emri i saj, është elipsoidale. Ai nuk rrotullohet në tërësi dhe për këtë arsye nuk ka simetri boshtore. Yjet e tij, të cilët kryesisht kanë një masë relativisht të ulët dhe moshë të konsiderueshme, rrotullohen rreth qendrës galaktike në plane të ndryshme dhe ndonjëherë jo individualisht, por në zinxhirë shumë të zgjatur.

Ndriçuesit e rinj në galaktikat eliptike ndizen rrallë për shkak të mungesës së lëndëve të para - hidrogjenit molekular.

Ashtu si njerëzit, galaktikat janë të grupuara së bashku. Grupi ynë Lokal përfshin dy galaktikat më të mëdha në afërsi të rreth 3 megaparsekëve - Rruga e Qumështit dhe Andromeda (M31), galaktika Triangulum, si dhe satelitët e tyre - Retë e Mëdha dhe të Vogla Magelanik, galaktikat xhuxh në Canis Major, Pegasus, Carina, Sextant, Phoenix dhe shumë të tjerë - gjithsej rreth pesëdhjetë. Grupi lokal, nga ana tjetër, është një anëtar i supergrupit lokal të Virgjëreshës.

Si galaktikat më të mëdha ashtu edhe ato më të vogla janë të tipit eliptik. Pjesa totale e përfaqësuesve të saj në popullsinë galaktike të Universit është vetëm rreth 20%. Këto galaktika (me përjashtim të mundshëm të atyre më të vogla dhe më të zbehta) gjithashtu fshehin vrima të zeza supermasive në zonat e tyre qendrore. Galaktikat eliptike kanë gjithashtu halo, por jo aq të qarta sa ato në formë disku.

Të gjitha galaktikat e tjera konsiderohen të parregullta. Ato përmbajnë shumë pluhur dhe gaz dhe në mënyrë aktive prodhojnë yje të rinj. Ka pak galaktika të tilla në distanca të moderuara nga Rruga e Qumështit, vetëm 3%.

Sidoqoftë, midis objekteve me një zhvendosje të madhe të kuqe, drita e të cilave u emetua jo më vonë se 3 miliardë vjet pas Big Bengut, pjesa e tyre rritet ndjeshëm. Me sa duket, të gjitha sistemet yjore të gjeneratës së parë ishin të vogla dhe kishin skica të parregullta, dhe galaktikat e mëdha në formë disku dhe eliptike u shfaqën shumë më vonë.

Lindja e galaktikave

Galaktikat lindën menjëherë pas yjeve. Besohet se ndriçuesit e parë u ndezën jo më vonë se 150 milion vjet pas Big Bengut. Në janar 2011, një ekip astronomësh që përpunonin informacionin nga Teleskopi Hapësinor Hubble raportuan vëzhgimin e mundshëm të një galaktike, drita e së cilës shkoi në hapësirë 480 milionë vjet pas Big Bengut.

Në prill, një ekip tjetër kërkimor zbuloi një galaktikë që, sipas të gjitha gjasave, ishte tashmë plotësisht e formuar kur universi i ri ishte rreth 200 milionë vjet i vjetër.

Kushtet për lindjen e yjeve dhe galaktikave u krijuan shumë kohë përpara se të fillonte. Kur universi kaloi shifrën 400,000 vjeçare, plazma në hapësirën e jashtme u zëvendësua nga një përzierje e heliumit neutral dhe hidrogjenit. Ky gaz ishte ende shumë i nxehtë për t'u bashkuar në retë molekulare që krijojnë yje.

Sidoqoftë, ajo ishte ngjitur me grimcat e materies së errët, fillimisht të shpërndara në hapësirë jo mjaft të barabartë - ku është pak më e dendur, ku është më e rrallë. Ata nuk ndërvepruan me gazin barionik dhe për këtë arsye, nën veprimin e tërheqjes së ndërsjellë, u rrëzuan lirshëm në zona me densitet të shtuar.

Sipas llogaritjeve të modelit, brenda njëqind milionë vjetësh pas Big Bengut, në hapësirë u formuan re të materies së errët me madhësinë e sistemit aktual diellor. Ata u bashkuan në struktura më të mëdha, pavarësisht nga zgjerimi i hapësirës. Kështu lindën grupet e reve të materies së errët, dhe më pas grupimet e këtyre grupimeve. Ata thithën gazin hapësinor, duke e lejuar atë të trashet dhe të shembet.

Në këtë mënyrë u shfaqën yjet e parë supermasivë, të cilët shpejt shpërthyen në supernova dhe lanë pas vrima të zeza. Këto shpërthime pasuruan hapësirën me elementë më të rëndë se heliumi, të cilët ndihmuan në ftohjen e reve të gazit në kolaps dhe për këtë arsye bënë të mundur shfaqjen e yjeve më pak masive të gjeneratës së dytë.

Yje të tillë mund të ekzistonin tashmë për miliarda vjet dhe për këtë arsye ishin në gjendje të formonin (përsëri me ndihmën e materies së errët) sisteme të lidhura me gravitacion. Kështu lindën galaktikat jetëgjata, përfshirë edhe tonën.

"Shumë nga detajet e galaktogjenezës janë ende të fshehura në mjegull," thotë John Kormendy. - Në veçanti, kjo vlen për rolin e vrimave të zeza. Masat e tyre variojnë nga dhjetëra mijëra masa diellore deri në rekordin aktual absolut prej 6.6 miliardë masash diellore, që i përkasin një vrime të zezë nga bërthama e galaktikës eliptike M87, e vendosur 53.5 milionë vite dritë nga Dielli.

Vrimat në qendrat e galaktikave eliptike zakonisht rrethohen nga fryrje të përbëra nga yje të vjetër. Galaktikat spirale mund të mos kenë fare fryrje ose të kenë ngjashmëritë e tyre të sheshta, pseudo-fryrje. Masa e një vrime të zezë është zakonisht tre rend magnitudë më pak se masa e fryrjes - natyrisht, nëse ajo është e pranishme. Ky model konfirmohet nga vëzhgimet që mbulojnë vrimat me një masë nga një milion në një miliard masa diellore.

Sipas profesor Kormendy, vrimat e zeza galaktike fitojnë masë në dy mënyra. Vrima, e rrethuar nga një fryrje e plotë, rritet për shkak të thithjes së gazit që vjen në fryrje nga zona e jashtme e galaktikës. Gjatë bashkimit të galaktikave, intensiteti i fluksit të këtij gazi rritet ndjeshëm, gjë që fillon shpërthimet e kuazarëve.

Si rezultat, fryrjet dhe vrimat evoluojnë paralelisht, gjë që shpjegon korrelacionin midis masave të tyre (megjithatë, mekanizma të tjerë ende të panjohur mund të funksionojnë gjithashtu).

Studiuesit nga Universiteti i Pittsburgh, UC Irvine dhe Universiteti Atlantik i Floridës kanë modeluar përplasjen e Rrugës së Qumështit dhe paraardhësit të Galaktikës eliptike të Xhuxhit të Shigjetarit (SagDEG) në Shigjetar.

Ata analizuan dy opsione për përplasje - me një të lehtë (3x10¹⁰masa diellore) dhe të rënda (10¹¹ masat diellore) SagDEG. Shifra tregon rezultatet e 2.7 miliardë viteve të evolucionit të Rrugës së Qumështit pa ndërveprim me një galaktikë xhuxh dhe me ndërveprim me variantin e lehtë dhe të rëndë të SagDEG.

Galaktikat pa tullac dhe galaktikat me pseudo-fryrje janë një çështje tjetër. Masat e vrimave të tyre zakonisht nuk i kalojnë 104-106 masa diellore. Sipas profesor Kormendy, ato ushqehen me gaz për shkak të proceseve të rastësishme që ndodhin pranë vrimës dhe nuk shtrihen në të gjithë galaktikën. Një vrimë e tillë rritet pavarësisht nga evolucioni i galaktikës ose pseudo-fryrja e saj, gjë që shpjegon mungesën e korrelacionit midis masave të tyre.

Galaktika në rritje

Galaktikat mund të rriten si në madhësi ashtu edhe në masë. "Në të kaluarën e largët, galaktikat e bënin këtë në mënyrë shumë më efikase sesa në epokat e fundit kozmologjike," shpjegon Garth Illingworth, profesor i astronomisë dhe astrofizikës në Universitetin e Kalifornisë, Santa Cruz. - Shkalla e lindjes së yjeve të rinj vlerësohet në termat e prodhimit vjetor të një njësie masë të materies yjore (në këtë kapacitet, masa e Diellit) për njësi vëllimi të hapësirës së jashtme (zakonisht një megaparsek kub).

Në kohën e formimit të galaktikave të para, kjo shifër ishte shumë e vogël, dhe më pas filloi të rritet me shpejtësi, gjë që vazhdoi derisa Universi ishte 2 miliardë vjeç. Për 3 miliardë vjet të tjera, ajo ishte relativisht konstante, pastaj filloi të bjerë pothuajse në proporcion me kohën dhe kjo rënie vazhdon edhe sot e kësaj dite. Pra, 7-8 miliardë vjet më parë, shkalla mesatare e formimit të yjeve ishte 10-20 herë më e lartë se ajo aktuale. Shumica e galaktikave të vëzhgueshme tashmë ishin formuar plotësisht në atë epokë të largët.

Figura tregon rezultatet e evolucionit në periudha të ndryshme - konfigurimi fillestar (a), pas 0, 9 (b), 1, 8 © dhe 2, 65 miliardë vjet (d). Sipas llogaritjeve të modelit, shiriti dhe krahët spirale të Rrugës së Qumështit mund të ishin formuar si rezultat i përplasjeve me SagDEG, i cili fillimisht tërhoqi 50-100 miliardë masa diellore.

Dy herë kaloi nëpër diskun e galaktikës sonë dhe humbi një pjesë të materies së saj (si të zakonshme ashtu edhe të errët), duke shkaktuar shqetësime në strukturën e saj. Masa aktuale e SagDEG nuk i kalon dhjetëra miliona masa diellore, dhe përplasja tjetër, e cila pritet jo më vonë se 100 milion vjet më vonë, ka shumë të ngjarë të jetë e fundit për të.

Në përgjithësi, ky trend është i kuptueshëm. Galaktikat rriten në dy mënyra kryesore. Së pari, ata marrin materiale të freskëta të shpërthimit të yjeve duke tërhequr grimcat e gazit dhe pluhurit nga hapësira përreth. Për disa miliarda vjet pas Big Bengut, ky mekanizëm funksionoi siç duhet thjesht sepse kishte mjaft lëndë të parë yjore në hapësirë për të gjithë.

Më pas, kur rezervat u shteruan, shkalla e lindjes së yjeve ra. Megjithatë, galaktikat kanë gjetur aftësinë për ta rritur atë përmes përplasjeve dhe bashkimeve. Vërtetë, që ky opsion të realizohet, galaktikat që përplasen duhet të kenë një furnizim të mirë të hidrogjenit ndëryjor. Për galaktikat e mëdha eliptike, ku praktikisht është zhdukur, bashkimi nuk ndihmon, por në galaktikat diskoide dhe të parregullta funksionon.

Kursi i përplasjes

Le të shohim se çfarë ndodh kur bashkohen dy galaktika afërsisht identike të tipit disku. Yjet e tyre pothuajse nuk përplasen kurrë - distancat midis tyre janë shumë të mëdha. Megjithatë, disku i gaztë i secilës galaktikë po përjeton forca baticore për shkak të gravitetit të fqinjit të saj. Lënda barionike e diskut humbet një pjesë të momentit këndor dhe zhvendoset në qendër të galaktikës, ku krijohen kushtet për një rritje shpërthyese në shkallën e formimit të yjeve.

Një pjesë e kësaj substance përthithet nga vrimat e zeza, të cilat gjithashtu fitojnë masë. Në fazën përfundimtare të bashkimit të galaktikave, vrimat e zeza bashkohen dhe disqet yjore të të dy galaktikave humbasin strukturën e tyre të mëparshme dhe shpërndahen në hapësirë. Si rezultat, një eliptike formohet nga një palë galaktikash spirale. Por kjo nuk është aspak tabloja e plotë. Rrezatimi nga yjet e rinj të shndritshëm mund të fryjë një pjesë të hidrogjenit nga galaktika e porsalindur.

Në të njëjtën kohë, grumbullimi aktiv i gazit në vrimën e zezë e detyron këtë të fundit herë pas here të lëshojë avionë me grimca të mëdha energjie në hapësirë, duke ngrohur gazin në të gjithë galaktikën dhe duke parandaluar kështu formimin e yjeve të rinj. Galaktika gradualisht po qetësohet - ka shumë të ngjarë përgjithmonë.

Galaktikat e madhësive të ndryshme përplasen ndryshe. Një galaktikë e madhe është e aftë të gëlltisë një galaktikë xhuxh (menjëherë ose në disa hapa) dhe në të njëjtën kohë të ruajë strukturën e saj. Ky kanibalizëm galaktik gjithashtu mund të stimulojë formimin e yjeve.

Galaktika xhuxh është shkatërruar plotësisht, duke lënë pas zinxhirë yjesh dhe avionë gazi kozmik, të cilët vërehen si në galaktikën tonë ashtu edhe në Andromedën fqinje. Nëse njëra nga galaktikat që përplasen nuk është shumë më e lartë se tjetra, efekte edhe më interesante janë të mundshme.

Në pritje të super teleskopit

Astronomia galaktike mbijetoi gati një shekull. Ajo filloi praktikisht nga e para dhe arriti shumë. Megjithatë, numri i problemeve të pazgjidhura është shumë i madh. Shkencëtarët presin shumë nga teleskopi i orbitës infra të kuqe James Webb, i cili ishte planifikuar të lansohej në vitin 2021.