Maisha ya galaksi na historia ya masomo yao

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Historia ya utafiti wa sayari na nyota hupimwa katika milenia, Jua, comets, asteroids na meteorites - katika karne. Lakini galaksi, zilizotawanyika katika Ulimwengu, nguzo za nyota, gesi ya cosmic na chembe za vumbi, zikawa kitu cha utafiti wa kisayansi tu katika miaka ya 1920.

Galaxi zimezingatiwa tangu zamani. Mtu mwenye macho mkali anaweza kutofautisha matangazo ya mwanga katika anga ya usiku, sawa na matone ya maziwa. Katika karne ya 10, mwanaastronomia wa Kiajemi Abd-al-Raman al-Sufi alitaja katika Kitabu chake cha Nyota Zisizohamishika maeneo mawili yanayofanana, ambayo sasa yanajulikana kama Wingu Kubwa la Magellanic na gala M31, aka Andromeda.

Pamoja na ujio wa darubini, wanaastronomia wameona zaidi na zaidi ya vitu hivi, vinavyoitwa nebulae. Ikiwa mtaalam wa nyota wa Kiingereza Edmund Halley aliorodhesha nebulae sita tu mnamo 1716, basi orodha iliyochapishwa mnamo 1784 na mwanaanga wa jeshi la Ufaransa Charles Messier tayari ilikuwa na 110 - na kati yao dazeni nne za kweli (pamoja na M31).

Mnamo 1802, William Herschel alichapisha orodha ya nebulae 2,500, na mtoto wake John alichapisha orodha ya nebulae zaidi ya 5,000 mnamo 1864.

Jirani yetu wa karibu zaidi, galaksi ya Andromeda (M31), ni mojawapo ya vitu vya angani vinavyopendwa zaidi kwa uchunguzi wa anga za juu na upigaji picha.

Asili ya vitu hivi kwa muda mrefu haijaeleweka. Katikati ya karne ya 18, baadhi ya watu wenye utambuzi waliona ndani yao mifumo ya nyota sawa na Milky Way, lakini darubini wakati huo hazikutoa fursa ya kupima hypothesis hii.

Karne moja baadaye, maoni yalitawala kwamba kila nebula ni wingu la gesi lililoangaziwa kutoka ndani na nyota mchanga. Baadaye, wanaastronomia walikuwa na hakika kwamba baadhi ya nebula, kutia ndani Andromeda, zina nyota nyingi, lakini kwa muda mrefu haikuwa wazi ikiwa ziko kwenye Galaxy yetu au zaidi.

Ilikuwa tu katika 1923-1924 ambapo Edwin Hubble aliamua kwamba umbali kutoka Dunia hadi Andromeda ulikuwa angalau mara tatu ya kipenyo cha Milky Way (kwa kweli, karibu mara 20) na kwamba M33, nebula nyingine kutoka kwa orodha ya Messier, haikuwa. umbali mdogo kutoka kwetu. Matokeo haya yaliashiria mwanzo wa taaluma mpya ya kisayansi - unajimu wa galactic.

Mnamo 1926, mwanaastronomia maarufu wa Marekani Edwin Powell Hubble alipendekeza (na mwaka wa 1936 akafanya kisasa) uainishaji wake wa galaksi kwa mofolojia yao. Kwa sababu ya sura yake ya tabia, uainishaji huu pia huitwa "Hubble Tuning Fork".

Kwenye "shina" la uma wa kurekebisha kuna galaksi za mviringo, kwenye pembe za uma - galaksi za lenticular bila mikono na galaksi za ond bila daraja la bar na bar. Makundi ambayo hayawezi kuainishwa kama mojawapo ya madarasa yaliyoorodheshwa huitwa isiyo ya kawaida, au isiyo ya kawaida.

Vijeba na majitu

Ulimwengu umejaa galaksi za ukubwa na umati tofauti. Idadi yao inajulikana takriban. Mnamo 2004, darubini inayozunguka ya Hubble iligundua takriban galaksi 10,000 katika miezi mitatu na nusu, ikitambaza katika kundinyota la kusini la Fornax eneo la anga ambalo ni ndogo mara mia kuliko eneo la diski ya mwezi.

Ikiwa tunadhania kwamba galaksi zimegawanywa juu ya tufe la angani kwa msongamano uleule, inatokea kwamba kuna galaksi bilioni 200 katika anga hiyo..

Muundo na yaliyomo

Magalaksi pia hutofautiana katika mofolojia (yaani kwa umbo). Kwa ujumla, wamegawanywa katika madarasa matatu kuu - umbo la disc, elliptical na isiyo ya kawaida (isiyo ya kawaida). Huu ni uainishaji wa jumla, kuna mengi zaidi ya kina.

Galaksi hazijasambazwa kwa nasibu katika anga za juu. Makundi makubwa ya nyota mara nyingi huzungukwa na galaksi ndogo za satelaiti. Milky Way yetu na Andromeda jirani wana angalau satelaiti 14, na kuna uwezekano mkubwa zaidi kuna nyingi zaidi. Makundi hupenda kuungana katika jozi, mapacha watatu na vikundi vikubwa vya washirika kadhaa walio na uvutano.

Mashirika makubwa, makundi ya galaksi, yana mamia na maelfu ya galaksi (ya kwanza kati ya makundi hayo iligunduliwa na Messier). Nyakati nyingine, galaksi kubwa yenye kung'aa sana huonekana katikati ya nguzo hiyo, ambayo inaaminika kuwa ilitokea wakati wa kuunganisha galaksi ndogo zaidi.

Na hatimaye, kuna pia makundi makubwa, ambayo yanajumuisha makundi na makundi ya galactic, na galaxi za kibinafsi. Kawaida hizi ni miundo mirefu hadi mamia ya megaparsec kwa urefu. Zinatenganishwa na voids karibu kabisa isiyo na gala ya ukubwa sawa.

Nguzo kuu hazijapangwa tena katika miundo yoyote ya hali ya juu na zimetawanyika kote katika Cosmos kwa njia ya nasibu. Kwa sababu hii, kwa kiwango cha megaparsecs mia kadhaa, Ulimwengu wetu ni sawa na isotropiki.

Galaxy yenye umbo la diski ni chapati ya nyota inayozunguka mhimili unaopita katikati yake ya kijiometri. Kawaida pande zote mbili za ukanda wa kati wa pancake kuna mviringo wa mviringo (kutoka kwa Kiingereza bulge). Bulge pia inazunguka, lakini kwa kasi ya chini ya angular kuliko diski. Katika ndege ya diski, matawi ya ond mara nyingi huzingatiwa, yanajaa katika mwanga mdogo wa mwanga. Walakini, kuna diski za galactic bila muundo wa ond, ambapo kuna nyota nyingi kama hizo.

Eneo la kati la gala yenye umbo la disk inaweza kukatwa na bar ya nyota - bar. Nafasi ndani ya diski imejaa gesi na vumbi kati - nyenzo za chanzo cha nyota mpya na mifumo ya sayari. Galaxy ina disks mbili: nyota na gesi.

Wamezungukwa na halo ya galactic - wingu la spherical la gesi ya moto isiyo ya kawaida na jambo la giza, ambalo hutoa mchango mkubwa kwa jumla ya wingi wa gala. Halo pia ina nyota za zamani na vikundi vya nyota za globular (vikundi vya ulimwengu) hadi umri wa miaka bilioni 13. Katikati ya karibu galaksi yoyote yenye umbo la diski, ikiwa na au bila uvimbe, kuna shimo jeusi kuu mno. Galaksi kubwa zaidi za aina hii zina nyota bilioni 500 kila moja.

Njia ya Milky

Jua huzunguka katikati ya galaksi ya kawaida kabisa ya ond, ambayo inajumuisha nyota bilioni 200-400. Kipenyo chake ni takriban kiloparsecs 28 (zaidi ya miaka 90 ya mwanga). Radi ya obiti ya jua ya intragalactic ni kiloparsecs 8.5 (ili nyota yetu ihamishwe kwa ukingo wa nje wa diski ya galactic), wakati wa mapinduzi kamili kuzunguka katikati ya Galaxy ni karibu miaka milioni 250.

Upepo wa Milky Way una umbo la duaradufu na una sehemu iliyogunduliwa hivi majuzi. Katikati ya bulge ni msingi wa kompakt iliyojaa nyota za umri mbalimbali - kutoka miaka milioni kadhaa hadi bilioni na zaidi. Ndani ya msingi, nyuma ya mawingu mazito ya vumbi, kuna shimo jeusi la kawaida kulingana na viwango vya galactic - ni misa ya jua milioni 3.7 tu.

Galaxy yetu inajivunia diski ya nyota mbili. Disk ya ndani, ambayo haina parsecs zaidi ya 500 kwa wima, inachukua 95% ya nyota katika eneo la disk, ikiwa ni pamoja na nyota zote za vijana mkali. Imezungukwa na diski ya nje 1,500 parsecs nene, ambapo nyota za zamani huishi. Diski ya gesi (kwa usahihi zaidi, vumbi-gesi) ya Milky Way ni angalau 3.5 kiloparsecs nene. Mikono minne ya ond ya diski ni maeneo ya kuongezeka kwa msongamano wa kati ya vumbi-gesi na ina nyota nyingi kubwa zaidi.

Kipenyo cha halo ya Milky Way ni angalau mara mbili ya kipenyo cha diski. Karibu makundi 150 ya globular yamegunduliwa huko, na, uwezekano mkubwa, kuhusu hamsini zaidi bado haijagunduliwa. Vikundi kongwe zaidi vina umri wa zaidi ya miaka bilioni 13. Halo imejaa jambo la giza na muundo wa uvimbe.

Hadi hivi majuzi, iliaminika kuwa halo ni karibu spherical, hata hivyo, kulingana na data ya hivi karibuni, inaweza kupunguzwa kwa kiasi kikubwa. Jumla ya wingi wa Galaxy inaweza kuwa hadi trilioni 3 za sola, na mambo meusi yanachukua 90-95%. Wingi wa nyota katika Milky Way inakadiriwa kuwa mara bilioni 90-100 ya uzito wa Jua.

Galaxy ya duaradufu, kama jina lake linavyopendekeza, ni ellipsoidal. Haizunguki kwa ujumla na kwa hiyo haina ulinganifu wa axial. Nyota zake, ambazo mara nyingi zina uzito mdogo na umri mkubwa, huzunguka katikati ya galaksi katika ndege tofauti na wakati mwingine sio moja moja, lakini kwa minyororo iliyoinuliwa sana.

Mwangaza mpya katika galaksi duaradufu huwaka mara chache kutokana na uhaba wa malighafi - hidrojeni ya molekuli.

Kama wanadamu, galaksi zimeunganishwa pamoja. Kikundi chetu cha Mitaa kinajumuisha galaksi mbili kubwa zaidi karibu na megaparsec 3 - Milky Way na Andromeda (M31), galaksi ya Triangulum, pamoja na satelaiti zao - Mawingu Makubwa na Madogo ya Magellanic, galaksi ndogo huko Canis Meja, Pegasus, Carina, Sextant, Phoenix, na wengine wengi - jumla ya hamsini. Kikundi cha wenyeji, kwa upande wake, ni mshiriki wa kikundi kikuu cha Virgo.

Galaksi kubwa na ndogo zaidi ni za aina ya duaradufu. Sehemu ya jumla ya wawakilishi wake katika idadi ya galaksi ya Ulimwengu ni karibu 20%. Makundi haya ya nyota (isipokuwa yale madogo na hafifu zaidi) pia huficha mashimo meusi makubwa katika maeneo yao ya kati. Magalaksi ya mviringo pia yana halo, lakini si wazi kama yale ya umbo la diski.

Makundi mengine yote ya nyota yanachukuliwa kuwa yasiyo ya kawaida. Zina vumbi na gesi nyingi na huzalisha nyota changa kikamilifu. Kuna galaksi chache kama hizo kwa umbali wa wastani kutoka kwa Milky Way, ni 3% tu.

Hata hivyo, kati ya vitu vilivyo na redshift kubwa, ambayo mwanga wake ulitolewa kabla ya miaka bilioni 3 baada ya Big Bang, sehemu yao inaongezeka kwa kasi. Inavyoonekana, mifumo yote ya nyota ya kizazi cha kwanza ilikuwa ndogo na ilikuwa na muhtasari wa kawaida, na galaksi kubwa za umbo la diski na elliptical ziliibuka baadaye.

Kuzaliwa kwa galaksi

Galaksi zilizaliwa mara tu baada ya nyota. Inaaminika kuwa mianga ya kwanza iliangaza sio zaidi ya miaka milioni 150 baada ya Big Bang. Mnamo Januari 2011, timu ya wanaastronomia wakichakata taarifa kutoka kwa Darubini ya Anga ya Hubble iliripoti uchunguzi unaowezekana wa galaksi ambayo mwanga wake uliingia angani miaka milioni 480 baada ya Mlipuko Kubwa.

Mnamo Aprili, timu nyingine ya watafiti iligundua galaksi ambayo, kwa uwezekano wote, ilikuwa tayari imeundwa kikamilifu wakati ulimwengu mchanga ulikuwa na umri wa miaka milioni 200.

Hali za kuzaliwa kwa nyota na galaksi ziliibuka muda mrefu kabla ya kuanza. Ulimwengu ulipopita alama ya miaka 400,000, plasma katika anga ya juu ilibadilishwa na mchanganyiko wa heliamu isiyo na upande na hidrojeni. Gesi hii bado ilikuwa moto sana hivi kwamba haiwezi kuungana katika mawingu ya molekuli ambayo hutokeza nyota.

Walakini, ilikuwa karibu na chembe za vitu vya giza, hapo awali ilisambazwa katika nafasi sio sawasawa - ambapo ni mnene kidogo, ambapo haipatikani zaidi. Hawakuingiliana na gesi ya baryonic na kwa hiyo, chini ya hatua ya mvuto wa pande zote, ilianguka kwa uhuru katika maeneo ya kuongezeka kwa wiani.

Kwa mujibu wa mahesabu ya mfano, ndani ya miaka milioni mia moja baada ya Big Bang, mawingu ya jambo giza ukubwa wa mfumo wa sasa wa jua sumu katika nafasi. Waliunganishwa katika miundo mikubwa, licha ya upanuzi wa nafasi. Hivi ndivyo makundi ya mawingu ya giza yalivyotokea, na kisha makundi ya makundi haya. Walivuta gesi ya angani, wakiiruhusu kuwa mzito na kuanguka.

Kwa njia hii, nyota za kwanza za supermassive zilionekana, ambazo zililipuka haraka kwenye supernovae na kuacha mashimo nyeusi. Milipuko hii iliboresha nafasi kwa vipengele vizito zaidi kuliko heliamu, ambayo ilisaidia kupoza mawingu ya gesi yaliyokuwa yakiporomoka na hivyo kufanya uwezekano wa kuonekana kwa nyota ndogo sana za kizazi cha pili.

Nyota hizo zingeweza kuwepo kwa mabilioni ya miaka na kwa hiyo ziliweza kuunda (tena kwa msaada wa mambo ya giza) mifumo ya mvuto. Hivi ndivyo galaksi za muda mrefu zilivyotokea, kutia ndani yetu.

"Maelezo mengi ya galactogenesis bado yamefichwa kwenye ukungu," anasema John Kormendy. - Hasa, hii inatumika kwa jukumu la mashimo nyeusi. Misa yao huanzia makumi ya maelfu ya misa ya jua hadi rekodi kamili ya sasa ya raia bilioni 6.6 wa jua, mali ya shimo nyeusi kutoka kwa msingi wa gala ya elliptical M87, iliyoko miaka milioni 53.5 ya mwanga kutoka kwa Jua.

Mashimo katikati ya galaksi za duaradufu kwa kawaida huzungukwa na matundu yanayofanyizwa na nyota kuukuu. Magalaksi ya ond yanaweza yasiwe na uvimbe hata kidogo au kuwa na ufanano wao tambarare, uvimbe wa uwongo. Uzito wa shimo nyeusi ni kawaida amri tatu za ukubwa chini ya wingi wa bulge - kwa kawaida, ikiwa iko. Mtindo huu unathibitishwa na uchunguzi unaofunika shimo na misa kutoka milioni hadi bilioni ya misa ya jua.

Kulingana na Profesa Kormendy, mashimo meusi ya galaksi hupata wingi kwa njia mbili. Shimo, ambalo limezungukwa na tundu lililojaa, hukua kwa sababu ya kunyonya kwa gesi inayokuja kwenye uvimbe kutoka ukanda wa nje wa gala. Wakati wa kuunganishwa kwa galaksi, ukubwa wa kuongezeka kwa gesi hii huongezeka kwa kasi, ambayo huanzisha milipuko ya quasars.

Matokeo yake, bulges na mashimo hubadilika kwa sambamba, ambayo inaelezea uwiano kati ya wingi wao (hata hivyo, nyingine, taratibu zisizojulikana zinaweza kufanya kazi pia).

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Pittsburgh, UC Irvine na Chuo Kikuu cha Atlantic cha Florida wametoa mfano wa mgongano wa Milky Way na mtangulizi wa Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy (SagDEG) huko Sagittarius.

Walichambua chaguzi mbili za mgongano - na rahisi (3x10¹⁰misa ya jua) na nzito (10¹¹ misa ya jua) SagDEG. Takwimu inaonyesha matokeo ya miaka bilioni 2.7 ya mageuzi ya Milky Way bila mwingiliano na galaksi ndogo na kwa mwingiliano na lahaja nyepesi na nzito ya SagDEG.

Galaksi zisizo na upara na galaksi zenye uvimbe bandia ni suala tofauti. Misa ya mashimo yao kawaida hayazidi misa ya jua 104-106. Kulingana na Profesa Kormendy, wanalishwa na gesi kwa sababu ya michakato ya nasibu ambayo hufanyika karibu na shimo, na haienei kwenye gala nzima. Shimo kama hilo hukua bila kujali mageuzi ya gala au pseudo-bulge yake, ambayo inaelezea ukosefu wa uhusiano kati ya raia wao.

Kukua galaksi

Magalaksi yanaweza kuongezeka kwa ukubwa na wingi. "Hapo zamani za kale, galaksi zilifanya hivyo kwa ufanisi zaidi kuliko enzi za hivi majuzi za ulimwengu," anaeleza Garth Illingworth, profesa wa unajimu na unajimu katika Chuo Kikuu cha California, Santa Cruz. - Kiwango cha kuzaliwa kwa nyota mpya inakadiriwa kwa suala la uzalishaji wa kila mwaka wa molekuli ya kitengo cha nyota (kwa uwezo huu, wingi wa Jua) kwa kitengo cha kiasi cha anga ya nje (kawaida megaparsec za ujazo).

Wakati wa kuundwa kwa galaksi za kwanza, takwimu hii ilikuwa ndogo sana, na kisha ilianza kukua kwa kasi, ambayo iliendelea mpaka Ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka bilioni 2. Kwa miaka nyingine bilioni 3, ilikuwa mara kwa mara, kisha ikaanza kupungua karibu kulingana na wakati huo, na kushuka huku kunaendelea hadi leo. Kwa hiyo miaka bilioni 7-8 iliyopita, kiwango cha wastani cha malezi ya nyota kilikuwa mara 10-20 zaidi kuliko sasa. Makundi mengi ya nyota yanayoonekana tayari yalikuwa yameundwa kikamilifu katika enzi hiyo ya mbali.

Takwimu inaonyesha matokeo ya mageuzi kwa nyakati tofauti - usanidi wa awali (a), baada ya 0, 9 (b), 1, 8 © na 2, miaka bilioni 65 (d). Kulingana na mahesabu ya mfano, baa na mikono ya ond ya Milky Way ingeweza kuunda kama matokeo ya migongano na SagDEG, ambayo hapo awali ilivuta misa ya jua bilioni 50-100.

Mara mbili ilipitia diski ya Galaxy yetu na kupoteza baadhi ya mambo yake (ya kawaida na ya giza), na kusababisha usumbufu wa muundo wake. Uzito wa sasa wa SagDEG hauzidi makumi ya mamilioni ya misa ya jua, na mgongano unaofuata, ambao unatarajiwa sio zaidi ya miaka milioni 100 baadaye, uwezekano mkubwa utakuwa wa mwisho kwake.

Kwa ujumla, hali hii inaeleweka. Galaksi hukua kwa njia kuu mbili. Kwanza, wanapata nyenzo safi ya nyota kwa kuchora kwenye chembe za gesi na vumbi kutoka kwa nafasi inayozunguka. Kwa miaka bilioni kadhaa baada ya Big Bang, utaratibu huu ulifanya kazi ipasavyo kwa sababu tu kulikuwa na malighafi ya nyota ya kutosha angani kwa kila mtu.

Kisha, wakati hifadhi zilipungua, kiwango cha kuzaliwa kwa nyota kilipungua. Hata hivyo, galaksi zimepata uwezo wa kuiongeza kupitia migongano na miunganisho. Kweli, ili chaguo hili litimie, galaksi zinazogongana lazima ziwe na usambazaji mzuri wa hidrojeni ya nyota. Kwa galaksi kubwa za elliptical, ambapo imekwenda, kuunganisha haisaidii, lakini katika galaksi za discoid na zisizo za kawaida hufanya kazi.

Kozi ya mgongano

Hebu tuone kitakachotokea wakati galaksi mbili takriban zinazofanana za aina ya diski zinapounganishwa. Nyota zao karibu hazigongana - umbali kati yao ni mkubwa sana. Walakini, diski ya gesi ya kila gala inakabiliwa na nguvu za mawimbi kwa sababu ya mvuto wa jirani yake. Jambo la baryonic la diski hupoteza sehemu ya kasi ya angular na kuhama hadi katikati ya galaksi, ambapo hali za ukuaji wa mlipuko katika kiwango cha malezi ya nyota hutokea.

Baadhi ya dutu hii huingizwa na mashimo nyeusi, ambayo pia hupata wingi. Katika awamu ya mwisho ya kuunganishwa kwa galaksi, mashimo meusi huungana, na diski za nyota za galaksi zote mbili hupoteza muundo wao wa zamani na hutawanywa angani. Kama matokeo, elliptical moja huundwa kutoka kwa jozi ya galaksi za ond. Lakini hii sio picha kamili. Mionzi kutoka kwa nyota changa angavu inaweza kupuliza baadhi ya hidrojeni kutoka kwenye galaksi iliyozaliwa.

Wakati huo huo, mrundikano hai wa gesi kwenye shimo jeusi huilazimisha mwisho mara kwa mara kurusha jeti za chembe nyingi za nishati angani, inapokanzwa gesi katika galaksi yote na hivyo kuzuia kutokea kwa nyota mpya. Galaxy ni hatua kwa hatua kutuliza - uwezekano mkubwa milele.

Makundi ya saizi tofauti hugongana kwa njia tofauti. Galaxy kubwa ina uwezo wa kumeza galaksi ndogo (mara moja au kwa hatua kadhaa) na wakati huo huo kuhifadhi muundo wake. Ulaji huu wa galaksi unaweza pia kuchochea uundaji wa nyota.

Galaxy dwarf imeharibiwa kabisa, ikiacha minyororo ya nyota na jeti za gesi ya cosmic, ambayo huzingatiwa katika Galaxy yetu na katika Andromeda jirani. Ikiwa moja ya galaksi zinazogongana sio bora sana kuliko nyingine, athari za kuvutia zaidi zinawezekana.

Inasubiri darubini kuu

Unajimu wa galaksi ulinusurika karibu karne moja. Alianza kivitendo kutoka mwanzo na akafanikiwa mengi. Hata hivyo, idadi ya matatizo ambayo hayajatatuliwa ni kubwa sana. Wanasayansi wanatarajia mengi kutoka kwa darubini inayozunguka ya James Webb Infrared, ambayo ilipangwa kuzinduliwa mnamo 2021.