(Astronomy@Science_Newworld).
Nedavno, 1920. godine, poznati astronom Edwin Hubble uspio je dokazati da naš Mliječni put nije jedina galaksija koja postoji. Danas smo već navikli na činjenicu da je svemir ispunjen hiljadama i milionima drugih galaksija, na čijoj pozadini naša izgleda vrlo sićušna. Ali koliko je tačno galaksija u svemiru blizu nas? Danas ćemo pronaći odgovor na ovo pitanje.
Od jedan do beskonačnosti.
Zvuči nevjerovatno, ali čak su i naši pradjedovi, čak i većina naučnika, smatrali naš Mliječni put metagalaksijom - objektom koji pokriva cijeli svemir koji se može promatrati. Njihova greška je sasvim logično objašnjena nesavršenošću tadašnjih teleskopa - čak su i najbolji od njih vidjeli galaksije kao mutne mrlje, zbog čega su ih univerzalno nazivali maglinama. Vjerovalo se da će se od njih na kraju formirati zvijezde i planete, baš kao što se nekada formirao naš Sunčev sistem. Ovu pretpostavku potvrdilo je otkriće prve planetarne magline 1796. godine, u čijem se središtu nalazila zvijezda. Stoga su naučnici vjerovali da su svi drugi magloviti objekti na nebu isti oblaci prašine i plina, u kojima se zvijezde još nisu formirale.
Prvi koraci.
Naravno, napredak nije stajao. Već 1845. godine William Parsons je izgradio teleskop Levijatan, gigantski za ono vrijeme, čija je veličina bila blizu dva metra. Želeći da dokaže da su "magline" zapravo napravljene od zvijezda, ozbiljno je približio astronomiju modernom konceptu galaksije. Po prvi put je bio u stanju da uoči spiralni oblik pojedinačnih galaksija, kao i da otkrije razlike u sjaju u njima, koje odgovaraju posebno velikim i sjajnim zvezdanim jatom.
Međutim, debata je trajala sve do 20. veka. Iako je u progresivnoj naučnoj zajednici već bilo opšteprihvaćeno da osim Mlečnog puta postoje mnoge druge galaksije, zvaničnoj akademskoj astronomiji su bili potrebni nepobitni dokazi o tome. Stoga teleskopi iz cijelog svijeta gledaju u nama najbližu veliku galaksiju, koja je također ranije bila pogrešno smatrana maglinom - galaksija Andromeda.
Prvu Andromedinu fotografiju snimio je Isaac Roberts 1888. godine, a dodatne fotografije snimljene su tokom 1900-1910. Oni pokazuju i svijetlo galaktičko jezgro, pa čak i pojedinačna jata zvijezda. Ali niska rezolucija slika dopuštala je greške. Ono što je uzeto za zvjezdana jata mogu biti magline ili jednostavno nekoliko zvijezda koje su se „zalijepile“ u jednu tokom ekspozicije slike. Ali konačno rješenje problema nije bilo daleko.
Moderno slikarstvo.
Godine 1924. pomoću teleskopa - rekordera na početku stoljeća, Edwin Hubble uspio je manje-više precizno procijeniti udaljenost do galaksije Andromeda. Ispostavilo se da je bio toliko ogroman da je potpuno isključilo da objekat pripada Mlečnom putu (uprkos činjenici da je Hablova procena bila tri puta manja od moderne. Astronom je takođe otkrio mnoge zvezde u "Maglini", što je jasno potvrdio galaktičku prirodu Andromede.1925. godine, uprkos kritikama kolega, Hubble je predstavio rezultate svog rada na konferenciji Američkog astronomskog društva.
Ovaj govor je pokrenuo novi period u istoriji astronomije - naučnici su "ponovno otkrili" magline, dodijelivši im naziv galaksija i otkrili nove. U tome im je pomogao razvoj samog Hubblea - na primjer, otkriće crvenog pomaka. Broj poznate galaksije rastao izgradnjom novih teleskopa i lansiranjem novih - na primjer, početak široke upotrebe radio-teleskopa nakon Drugog svjetskog rata.
Međutim, sve do 90-ih godina 20. vijeka, čovječanstvo je ostalo u mraku o stvarnom broju galaksija koje nas okružuju. Zemljina atmosfera sprječava čak i najveće teleskope da dobiju preciznu sliku - plinovite školjke iskrivljuju sliku i upijaju svjetlost zvijezda, blokirajući horizonte svemira od nas. Ali naučnici su uspjeli zaobići ova ograničenja lansiranjem svemirskog teleskopa Hubble, nazvanog po astronomu kojeg već poznajete.
Zahvaljujući ovom teleskopu, ljudi su prvi put vidjeli svijetle diskove onih galaksija koje su se ranije činile kao male magline. A tamo gdje je nebo ranije izgledalo prazno, otkrivene su milijarde novih - i to nije pretjerivanje. Međutim, dalja istraživanja su pokazala da su čak i hiljade milijardi zvijezda vidljivih Hubbleu barem desetina njihovog stvarnog broja.
Konačno brojanje.
Pa ipak, koliko tačno galaksija postoji u svemiru? Odmah da vas upozorim da ćemo morati zajedno da računamo - takva pitanja obično malo zanimaju astronome, jer su lišena naučne vrijednosti. Da, oni katalogiziraju i prate galaksije - ali samo za veće svrhe poput proučavanja strukture svemira velikih razmjera.
Međutim, niko se ne obavezuje da pronađe tačan broj. Prvo, naš svijet je beskonačan, zbog čega je znanje puna lista galaksije je problematičan i lišen praktičnog značenja. Drugo, da se prebroje čak i one galaksije koje se nalaze unutar vidljivog svemira, cijeli životni vijek jednog astronoma neće biti dovoljan. Čak i ako živi 80 godina, počne brojati galaksije od rođenja i ne potroši više od sekunde na otkrivanje i registraciju svake galaksije, astronom će pronaći samo 2 triliona objekata - mnogo manje od broja galaksija koje stvarno postoje.
Da bismo odredili približan broj, uzmimo jednu od visoko preciznih svemirskih studija - na primjer, "Ultra Deep Field" teleskopa Hubble iz 2004. godine. Na području jednakoj 1/130 cjelokupne površine neba, teleskop je uspio otkriti 10 hiljada galaksija. S obzirom na to da su druga dubinska istraživanja u to vrijeme pokazala sličnu sliku, možemo u prosjeku dobiti rezultat. Stoga, unutar Hubbleove osjetljivosti, vidimo 130 milijardi galaksija iz cijelog svemira.
Međutim, to nije sve. Nakon Ultra Deep Fielda, snimljeno je mnogo drugih snimaka koji su dodali nove detalje. I to ne samo u vidljivom spektru svjetlosti, kojim Hubble upravlja, već i u infracrvenim i rendgenskim zracima. Od 2014. godine, u radijusu od 14 milijardi svjetlosnih godina, dostupno nam je 7 triliona 375 milijardi galaksija.
Ali ovo je, opet, minimalna procjena. Astronomi vjeruju da nakupine prašine u međugalaktičkom prostoru oduzimaju 90% objekata koje promatramo - 7 triliona lako se pretvara u 73 triliona. Ali ova brojka će pojuriti još dalje u beskonačnost kada teleskop James Webb uđe u orbitu Sunca. Ovaj uređaj će stići za nekoliko minuta tamo gde su Hubbleu bili potrebni dani da stigne, i prodreće još dalje u dubine svemira.
Oni koji imaju malo pojma o Univerzumu dobro su svjesni da je kosmos stalno u pokretu. Univerzum se širi svake sekunde, postajući sve veći i veći. Druga stvar je da je na skali ljudske percepcije svijeta prilično teško razumjeti veličinu onoga što se događa i zamisliti strukturu Univerzuma. Pored naše galaksije, u kojoj se nalazi Sunce, a mi se nalazimo, postoje desetine, stotine drugih galaksija. Niko ne zna tačan broj udaljenih svjetova. Koliko galaksija ima u svemiru može se znati samo približno stvaranjem matematičkog modela kosmosa.
Stoga, s obzirom na veličinu Univerzuma, lako možemo pretpostaviti da desetinama, stotinama milijardi svjetlosnih godina od Zemlje postoje svjetovi slični našem.
Prostor i svjetovi koji nas okružuju
Naša galaksija, koja je dobila prelepo ime "Mlečni put", bila je, prema mišljenju mnogih naučnika, centar svemira pre samo nekoliko vekova. U stvari, pokazalo se da je ovo samo dio Univerzuma, a postoje i druge galaksije raznih vrsta i veličina, velike i male, neke dalje, druge bliže.
U prostoru su svi objekti usko povezani, kreću se određenim redoslijedom i zauzimaju određeno mjesto. Planete koje poznajemo, zvijezde koje poznajemo, crne rupe i sam naš solarni sistem nalaze se u galaksiji Mliječni put. Ime nije slučajno. Čak su i drevni astronomi, posmatrajući noćno nebo, upoređivali prostor oko nas sa mlečnom stazom, gde hiljade zvezda izgledaju kao kapljice mleka. Galaksija Mliječni put, nebeski galaktički objekti u našem vidnom polju, čine obližnji kosmos. Ono što može biti izvan vidljivosti teleskopa postalo je poznato tek u 20. veku.
Kasnija otkrića, koja su proširila naš kosmos do veličine Metagalaksije, dovela su naučnike do teorije Velikog praska. Grandiozna kataklizma dogodila se prije gotovo 15 milijardi godina i poslužila je kao poticaj za početak procesa formiranja Univerzuma. Jedna faza supstance je zamenjena drugom. Od gustih oblaka vodonika i helijuma počeli su se formirati prvi počeci Univerzuma - protogalaksije koje se sastoje od zvijezda. Sve se to dogodilo u dalekoj prošlosti. Svjetlo mnogih nebeskih tijela, koje možemo posmatrati u najjačim teleskopima, samo je oproštajni pozdrav. Milioni zvijezda, ako ne i milijarde, koje su prošarane našim nebom nalaze se na milijardu svjetlosnih godina od Zemlje i odavno su prestale postojati.
Karta svemira: najbliži i najudaljeniji susjedi
Naš Sunčev sistem i druga kosmička tela posmatrana sa Zemlje su relativno mlade strukturne formacije i naši najbliži susedi u ogromnom Univerzumu. Naučnici su dugo vremena vjerovali da je patuljasta galaksija najbliža Mliječnom putu Veliki Magelanov oblak, udaljen samo 50 kiloparseka. Tek nedavno su postali poznati pravi susjedi naše galaksije. U sazviježđu Strijelca iu sazviježđu Canis Major nalaze se male patuljaste galaksije, čija je masa 200-300 puta manja od mase Mliječnog puta, a udaljenost do njih je nešto više od 30-40 hiljada svjetlosnih godina.
Ovo su jedni od najmanjih univerzalnih objekata. U takvim galaksijama broj zvijezda je relativno mali (reda nekoliko milijardi). U pravilu se patuljaste galaksije postupno spajaju ili ih apsorbiraju veće formacije. Brzina širenja Univerzuma, koja iznosi 20-25 km/s, nenamjerno će dovesti susjedne galaksije do sudara. Kada će se to dogoditi i kako će se to dogoditi, možemo samo nagađati. Sudar galaksija se dešava sve ovo vreme, a zbog prolaznosti našeg postojanja nije moguće posmatrati šta se dešava.
Andromeda, dva do tri puta veća od naše galaksije, jedna je od nama najbližih galaksija. I dalje je jedan od najpopularnijih među astronomima i astrofizičarima i nalazi se na samo 2,52 miliona svjetlosnih godina od Zemlje. Kao i naša galaksija, Andromeda je član Lokalne grupe galaksija. Veličina ovog divovskog kosmičkog stadiona je tri miliona svjetlosnih godina u prečniku, a broj galaksija prisutnih u njemu je oko 500. Međutim, čak i takav div kao što je Andromeda izgleda nisko u poređenju sa galaksijom IC 1101.
Ova najveća spiralna galaksija u svemiru udaljena je više od sto miliona svjetlosnih godina i ima prečnik od više od 6 miliona svjetlosnih godina. Uprkos tome što sadrži 100 triliona zvijezda, galaksija se prvenstveno sastoji od tamne materije.
Astrofizički parametri i tipovi galaksija
Prva svemirska istraživanja obavljena početkom 20. stoljeća pružila su dosta hrane za razmišljanje. Kosmičke magline otkrivene kroz sočivo teleskopa, kojih je na kraju izbrojano više od hiljadu, bile su najzanimljiviji objekti u Univerzumu. Dugo su se ove svijetle tačke na noćnom nebu smatrale nakupinama plina koje su bile dio strukture naše galaksije. Edwin Hubble je 1924. uspio izmjeriti udaljenost do skupa zvijezda i maglina i došao do senzacionalnog otkrića: ove magline nisu ništa drugo do udaljene spiralne galaksije, koje nezavisno lutaju skalom svemira.
Američki astronom je prvi sugerirao da se naš svemir sastoji od mnogih galaksija. Istraživanja svemira u posljednjoj četvrtini 20. stoljeća, zapažanja napravljena korištenjem svemirskih letjelica i tehnologije, uključujući i čuveni teleskop Hubble, potvrdila su ove pretpostavke. Svemir je neograničen, a naš Mliječni put je daleko od najveće galaksije u svemiru i, štoviše, nije njen centar.
Tek s pojavom moćnih tehnička sredstva posmatranja, Univerzum je počeo da dobija jasne obrise. Naučnici su suočeni s činjenicom da se čak i takve ogromne formacije kao što su galaksije mogu razlikovati po svojoj strukturi i strukturi, obliku i veličini.
Zahvaljujući naporima Edwina Hubblea, svijet je dobio sistematsku klasifikaciju galaksija, podijelivši ih na tri tipa:
- spirala;
- eliptični;
- netačno.
Eliptične i spiralne galaksije su najčešći tipovi. To uključuje našu galaksiju Mliječni put, kao i susjednu galaksiju Andromeda i mnoge druge galaksije u svemiru.
Eliptične galaksije imaju oblik elipse i izdužene su u jednom smjeru. Ovi predmeti nemaju rukave i često mijenjaju oblik. Ovi objekti se međusobno razlikuju i po veličini. Za razliku od spiralnih galaksija, ova kosmička čudovišta nemaju jasno definisan centar. U takvim strukturama nema jezgra.
Prema klasifikaciji, takve galaksije su označene latiničnim slovom E. Sve trenutno poznate eliptične galaksije podijeljene su u podgrupe E0-E7. Raspodjela u podgrupe vrši se ovisno o konfiguraciji: od gotovo kružnih galaksija (E0, E1 i E2) do jako izduženih objekata s indeksima E6 i E7. Među eliptičnim galaksijama postoje patuljci i pravi divovi prečnika od miliona svetlosnih godina.
Postoje dva podtipa spiralnih galaksija:
- galaksije predstavljene u obliku ukrštene spirale;
- normalne spirale.
Prvi podtip se razlikuje po sljedećim karakteristikama. Po obliku, takve galaksije podsjećaju na pravilnu spiralu, ali u središtu takve spiralne galaksije nalazi se most (šipka), iz kojeg nastaju krakovi. Takvi mostovi u galaksiji obično su rezultat fizičkih centrifugalnih procesa koji dijele galaktičko jezgro na dva dijela. Postoje galaksije sa dva jezgra, čiji tandem čini centralni disk. Kada se jezgra sretnu, most nestaje i galaksija postaje normalna, sa jednim centrom. Postoji i most u našoj galaksiji Mliječni put, u čijem se jednom kraku nalazi naš Sunčev sistem. Od Sunca do centra galaksije put je, prema savremenim procjenama, 27 hiljada svjetlosnih godina. Debljina kraka Oriona Cygnusa, u kojem se nalaze naše Sunce i naša planeta, iznosi 700 hiljada svjetlosnih godina.
U skladu sa klasifikacijom, označene su spiralne galaksije sa latiničnim slovima Sb. U zavisnosti od podgrupe, postoje i druge oznake za spiralne galaksije: Dba, Sba i Sbc. Razlika između podgrupa određena je dužinom šipke, njenim oblikom i konfiguracijom rukava.
Spiralne galaksije mogu imati razne veličine, u rasponu od 20.000 svjetlosnih godina i do 100.000 svjetlosnih godina u prečniku. Naša galaksija Mliječni put je u "zlatnoj sredini", a njena veličina gravitira prema galaksijama srednje veličine.
Najrjeđi tip su nepravilne galaksije. Ovi univerzalni objekti su velika jata zvijezda i maglina koje nemaju jasan oblik ili strukturu. U skladu sa klasifikacijom dobili su indekse Im i IO. Strukture prvog tipa po pravilu nemaju disk ili je slabo izražen. Često se može vidjeti da takve galaksije imaju slične krakove. Galaksije sa IO indeksima su haotična kolekcija zvijezda, oblaka plina i tamne tvari. Istaknuti predstavnici ove grupe galaksija su Veliki i Mali Magelanovi oblaci.
Sve galaksije: pravilne i nepravilne, eliptične i spiralne, sastoje se od triliona zvijezda. Prostor između zvijezda i njihovih planetarnih sistema ispunjen je tamnom materijom ili oblacima kosmičkih čestica plina i prašine. U prostorima između ovih praznina nalaze se crne rupe, velike i male, koje remete idilu kosmičkog spokoja.
Na osnovu postojeće klasifikacije i rezultata istraživanja, možemo sa sigurnošću odgovoriti na pitanje koliko galaksija ima u Univerzumu i koje su vrste. U Univerzumu ima više spiralnih galaksija. Ima ih više od 55%. ukupan broj svih univerzalnih objekata. Eliptičnih galaksija ima upola manje - samo 22% od ukupnog broja. U svemiru postoji samo 5% nepravilnih galaksija sličnih Velikim i Malim Magelanskim oblacima. Neke galaksije su nam susjedne i nalaze se u vidnom polju najmoćnijih teleskopa. Drugi su u najudaljenijem prostoru, gdje prevladava tamna materija i crnilo beskrajnog prostora je vidljivije u sočivu.
Galaksije izbliza
Sve galaksije pripadaju određene grupe, koji u moderna nauka se obično nazivaju klasterima. Mliječni put je dio jednog od ovih klastera, koje sadrži do 40 manje ili više poznatih galaksija. Samo jato je dio superjata, veće grupe galaksija. Zemlja, zajedno sa Suncem i mliječni put dio superjata Djevice. Ovo je naša stvarna kosmička adresa. Zajedno sa našom galaksijom, u jatu Djevice postoji više od dvije hiljade drugih galaksija, eliptičnih, spiralnih i nepravilnih.
Karta svemira, na koju se astronomi danas oslanjaju, daje predstavu o tome kako svemir izgleda, kakav je njegov oblik i struktura. Svi klasteri se okupljaju oko praznina ili mehurića tamne materije. Moguće je da su tamna materija i mehurići takođe ispunjeni nekim objektima. Možda je ovo antimaterija, koja, suprotno zakonima fizike, formira slične strukture u drugom koordinatnom sistemu.
Sadašnje i buduće stanje galaksija
Naučnici vjeruju da je nemoguće stvoriti opći portret Univerzuma. Imamo vizuelne i matematičke podatke o kosmosu koji je u našem razumevanju. Stvarne razmere Univerzuma je nemoguće zamisliti. Ono što vidimo kroz teleskop je svjetlost zvijezda koja nam dolazi milijardama godina. Možda je prava slika danas potpuno drugačija. Kao rezultat kosmičkih kataklizmi, najljepše galaksije u svemiru već bi se mogle pretvoriti u prazne i ružne oblake kosmičke prašine i tamne materije.
Ne može se isključiti da će se u dalekoj budućnosti naša galaksija sudariti s većim susjedom u svemiru ili progutati patuljastu galaksiju koja postoji u susjedstvu. Kakve će biti posljedice takvih univerzalnih promjena ostaje da se vidi. Uprkos činjenici da se konvergencija galaksija događa brzinom svjetlosti, malo je vjerovatno da će zemljani biti svjedoci univerzalne katastrofe. Matematičari su izračunali da je do fatalnog sudara ostalo nešto više od tri milijarde zemaljskih godina. Pitanje je da li će na našoj planeti u to vrijeme postojati život.
Druge sile također mogu ometati postojanje zvijezda, jata i galaksija. Crne rupe, koje su još uvijek poznate čovjeku, sposobne su da progutaju zvijezdu. Gdje je garancija da takva čudovišta ogromne veličine, koja se kriju u tamnoj materiji i prazninama svemira, neće moći u potpunosti progutati galaksiju?
Koliko galaksija postoji u Univerzumu?
Pesnikove reči su neverovatne: na kraju krajeva, tada su poznavali samo jedan zvezdani sistem. I koliko god zvezda u našoj galaksiji, njihov broj je i dalje ograničen – oko 100 milijardi. Tek početkom prošlog veka astronomi su shvatili da postoje svetovi zvezda koji postoje nezavisno od našeg galaktičkog sistema, zvani Mlečni put . Andromedina maglina je tipičan primjer susjedne džinovske zvijezde. Sa otkrićem drugih zvjezdanih "otoka", ideja o beskonačnosti svijeta oko nas dobila je značajnu podršku. Uostalom, ako je galaksija u sazviježđu Andromeda slična našoj, u kojoj se nalazi Sunčev sistem, onda sličnu prirodu imaju i mnoge druge galaksije, u kojima, zbog udaljenosti od nas, naučnici ne mogu uzeti u obzir pojedinačne zvijezde.
Koliko galaksija postoji u Univerzumu? Odgovor na ovo pitanje je od ogromnog značaja za sudbinu civilizacija koje se u njemu nalaze. Ako se sve galaksije mogu "prebrojati", onda to znači da životni vijek Univerzuma mora biti ograničen.
Naš svijet postoji zahvaljujući činjenici da na početku svega leži transformacija vodika u helijum, koja se događa unutar zvijezda. Ovaj proces je figurativno opisao Harry Martinson u minijaturi:
Nastao na pogrešnoj strani vremena
vodonik u diskretnom obliku
i izgrađen od atoma
svom Bogu lukava kuća.
I u ovom svijetu sada živimo! Postepeno, zvijezda se „...smanjuje i smrzava i lebdi u one svjetove u kojima mrtve kugle mutno plutaju pustinjom poput mjeseci.” Ovako piše Semjon Kirsanov o sudbini zvezde u svojoj pesmi „Žaljenje“.
Kakva je budućnost tog svijeta u kojem će se zvijezde, nakon što su iscrpile zalihe goriva koje je podržavalo njihov sjaj desetinama milijardi godina, ili pretvoriti u hladne objekte - bijele patuljke, neutronske zvijezde, ili postati crne rupe?
Naravno, može se izračunati da će našoj Galaksiji trebati sto milijardi godina da se pretvori u groblje zvijezda. Astronomi su utvrdili da je starost Galaksije oko 12 milijardi godina. Šta će se s njim dogoditi u narednih deset milijardi godina? Hoće li čovječanstvo zaista završiti u zaista fantastičnom svijetu u kojem su sve zvijezde nestale? A život preživjelih civilizacija bit će podržan toplinom izvučenom na nama nepoznate načine, na primjer, u kosmičkom mangalu, gdje će gorjeti zastarjele zvijezde.
Ali postoje li procesi u svemiru koji bi doveli do obnavljanja vodonika? Ako postoji, onda u Galaksiji mora postojati „vodikov ciklus“. I tada bi bilo vrlo teško naznačiti vrijeme “smrti” takvog sistema. Ova prilika će omogućiti nekoj razvijenoj civilizaciji da putuje od jedne do druge zvijezde koja se još nije ugasila, osiguravajući sebi gotovo vječno postojanje. Na kraju krajeva, ako zvijezde umru u jednom dijelu galaksije, onda nove mogu zasvijetliti u drugom. Takvo rezonovanje nam je bilo potrebno da opravdamo prelazak naučnika na razmatranje svojstava objekata koji se nalaze izvan našeg zvjezdanog doma, ponekad na tako velikim udaljenostima da zrak svjetlosti od njih putuje do nas milijardama godina. Poređenja radi, podsjetimo: potrebno je nešto više od 8 minuta da nas svjetlosni snop obavijesti o tome šta se dogodilo na Suncu. Da bi se "odredila sudbina" Univerzuma, uključujući i našu Galaktiku, bilo bi potrebno naučiti o svojstvima ogromnog svijeta galaksija.
Sada ni jedan astronom ne može sa tačnošću reći koliko se galaksija može posmatrati na nebu savremenim sredstvima. Godine 1934. američki astronom Edwin Hubble izračunao je da je broj zvjezdanih otoka koje je mogao "vidjeti" pomoću tada najvećeg teleskopa s prečnikom ogledala od 2,5 m bio preko 5 miliona. Ali od tada, 6-m, nekoliko 8- m, a izgrađena su i dva teleskopa od 10 m. Sa šestim teleskopom, astronomi su već mogli da posmatraju 1,4 milijarde galaksija. Naravno, nijedan astronom ne može vidjeti toliko objekata. U pomoć su priskočili proračuni napravljeni na maloj površini neba, koji su potom povećani uzimajući u obzir površinu cijele nebeske sfere.
Ali svemirski teleskop, nazvan po E. Hubbleu, već ima oko 50.000 milijardi galaksija dostupnih za gledanje! Uporedite ovu cifru sa brojem stanovnika na Zemlji - svaka ima oko 10.000 galaksija! A u svakoj galaksiji ima do 100 milijardi zvijezda. Dakle, nakon ovoga, vjeruju astrolozi koji tvrde da zvijezde na nebu određuju sudbinu svakog čovjeka na Zemlji. Ali iako su date brojke velike, one su još uvijek daleko od beskonačnosti.
Kako razumjeti obrasce koji određuju izgled i suštinu tako ogromnog broja objekata? Naravno, takav zadatak bi bio nezamislivo težak, a možda čak i nemoguć, da su svi ekstragalaktički objekti različiti. Ispostavilo se da priroda nije toliko podmukla da odvede astrofizičare u ćorsokak. By figurativno William Herschel, "Laboratorij prirode", koji je on nazvao svijetom zvijezda i maglina, je "bašta" u kojoj se nalaze razni objekti na različite faze razvoj. Nažalost, astronomi još uvijek ne mogu sa sigurnošću reći koji su objekti u ovoj kosmičkoj bašti mladi, a koji stari. Ali ipak, naučnici su uspjeli podijeliti sve mnoge galaksije na tipove prije više od 70 godina. A to je uradio već poznati E. Hubble. U proljeće 1926. godine naučnikova ideja je objavljena u izvještaju Komisije za magline Međunarodne astronomske unije.
Ispostavilo se da 95% svih zvjezdanih ostrva ima simetričan oblik. Samo tri od sto galaksija imaju poteškoća u otkrivanju bilo koje strukture, pa su zbog toga nazvane nepravilnim.
Drugi poznati astrofizičar Walter Baade napisao je da je “Hubble sistem toliko efikasan da je broj izuzetaka nevjerovatno mali”. Hubbleova shema je vrlo jednostavna: galaksije su sferne, eliptične, spiralne i nepravilne. Ali ha-Shemu koja pokazuje raznolikost oblika galaksija predložio je Edwin Hubble. Ima izgled "kamonota": eliptične galaksije su prikazane na "ručici", a spiralne galaksije su prikazane na dvije grane. Na mestu gde se grane spajaju sa „ručkom“ nalazi se sočiva galaksija, koja ima neke od karakteristika eliptičnih i spiralnih galaksija.
Galaksije su podijeljene u dvije velike klase. U nekima, spirale dolaze direktno iz jezgre, dok u drugima, iz kratkospojnika koji povezuje spirale sa jezgrom.
Ova teorija je objasnila postojanje svih vrsta galaksija. Prema ovoj shemi, naša galaksija i maglina Andromeda, koje su najmasovnije od svih vidljivih u vidljivom dijelu Univerzuma (Meta-Galaxy), trebale bi biti najstarije. Proces kompresije se ubrzava sa povećanjem mase protogalaktičkog oblaka. Ali ovaj zaključak je malo vjerovatno tačan, jer su gotovo sve galaksije iste starosti. Postoje i drugi argumenti protiv navedene pretpostavke. Na primjer, zašto astronomi otkrivaju najveću količinu plina u “vrlo starim” nepravilnim galaksijama, ponekad i do trećine mase samog objekta. Kako je moguće da stari predmet još uvijek ima materiju iz koje se mogu formirati zvijezde?
Ili možda svaka galaksija prolazi svoj put razvoja? I šta bi onda moglo na kraju proizaći iz Andromedine magline ili iz naše sopstvene Galaksije? Ali u prirodi se mnogi slični objekti uvijek razvijaju na određene slične načine. Koja vrsta?
Većina nas poznaje astronomske objekte koji se nalaze u veoma ograničenom volumenu svemira – zvezde, planete i njihovi sateliti, komete, asteroidi... Ali Abdula Aripov je tačno primetio u svojoj pesmi „Beskrajnost“:
Dokazano je da Univerzum nema granica:
Iznad neba naših zvezda -
Svjetovi drugih neba.
Ni misao, ni san,
Neka najhrabriji
Nismo u stanju da se zagrlimo
Veličina svih čuda.
Zvezdana priroda galaksija saznala je nakon što je K. Lundmark posmatrao zvezde na periferiji magline M 33 u sazvežđu Trougao. Pet godina kasnije, E. Hubble je učinio isto za Andromedinu maglu M 31. Trenutno najveći teleskop može snimiti stotine milijardi galaksija, podijeljenih u dvije velike klase. U nekima, spirale dolaze direktno iz jezgre, dok u drugima, iz kratkospojnika koji povezuje spirale sa jezgrom.
Naučnici vole sve da izražavaju u procentima, a u mnogim slučajevima to je i opravdano, jer se iza brojeva uvek krije neka posebnost. Polovina galaksija ima spirale, a četvrtina ih je vidljiva na fotografijama kao svijetle eliptične mrlje. Postoji samo 5% galaksija bez oblika. Peti dio se odnosi na one u obliku sočiva, jer to nisu ni eliptične ni spiralne galaksije.
Brojevi su sami po sebi uvijek dosadni, osim ako ne učestvuju u opisu neke radnje, što ponekad ispadne prilično zabavno. Zaista, zašto se galaksije razlikuju jedna od druge? Da li sferne galaksije na kraju postaju spiralne galaksije, koje onda gube svoj obrazac i postaju nepravilne? Ljepotu Hubbleove sheme svi su prepoznali. Počeli su ga koristiti u svim opservatorijama, jer, kao što se u početku činilo, izgleda da opisuje jednostavnu shemu za nastanak i život galaksija.
Zamislite džinovski oblak gasa iz kojeg će se na kraju formirati galaksija sa sto milijardi zvezda. Gravitacija će komprimirati oblak, a rotacija će dovesti do spljoštenja. Dakle, ispada da ako je galaksija u početku imala sferni oblik, onda je s vremenom postajala sve više i više komprimirana. Kako su se pojavile spirale? Sjetite se vožnje na vrtuljku - krugu koji rotira oko ose koja prolazi kroz njegovo središte. Sve je teže ostati na njemu kako se brzina njegove rotacije povećava. Tako je i sa materijom galaksije - ona će se odvojiti od ekvatorijalne ravni, a udaljavajući se od ose rotacije, uvijaće se u obliku spirala.
Ova teorija je objasnila postojanje svih vrsta galaksija...
...Udaljenost do galaksija ne može se odrediti metodom paralakse, jer su one previše udaljene. U tu svrhu koriste se zapažanja Cefeida, Nove i Supernove, globularnih jata, oblaka jonizovanog vodonika itd. V. Slifer je 1912. godine otkrio crveni pomak u spektrima galaksija, koji u poređenju sa udaljenosti do njih , omogućio je E. Hubbleu da uspostavi vezu između njih.
Izgled galaksije je povezan sa njenim karakteristikama: svetlije galaksije su i masivnije. Masu galaksije određuje krivulja brzine, odnosno ovisnost brzine rotacije o udaljenosti do centra galaksije.
Krivulje rotacije također pokazuju da galaksije mogu sadržavati značajnu količinu materije koja se ne manifestira u zračenju - takozvanu "skrivenu masu".
Mase galaksija mogu biti vrlo velike - do nekoliko stotina milijardi solarnih masa, a najmasivnije su eliptične galaksije.
Mnoge galaksije su uključene u jata. Naša galaksija je dio Lokalne grupe, koja broji preko tri desetine galaksija, uključujući M 31, jednu od najmasivnijih u Metagalaksiji, kao i oko dvadesetak patuljastih galaksija i čuvene Magelanove oblake - Veliki i Mali - satelite Galaxy. Centar najbližeg superjata galaksija nalazi se u sazviježđu Djevica na udaljenosti od oko 65 miliona svjetlosnih godina. Sadrži oko 200 galaksija visokog i srednjeg sjaja, uključujući i najsjajniju od njih, Sombrero. Naučnici vjeruju da je naš Lokalni sistem galaksija uključen u ovo superjato.
Mnoge galaksije su izvori radio-emisije. Među njima se ističu galaksije umjerene snage (N-galaksije i Seyfertove galaksije). Mnoge galaksije aktivno emituju prevelike količine kratkotalasnog zračenja. Vjeruje se da su njeni izvori elektroni koji se kreću magnetna polja galaksije.
Najupečatljivije i najudaljenije galaksije od nas su kvazari - izvori neobično visokog zračenja, čija priroda još nije razjašnjena. Astronomi su uvjereni da se u središtu kvazara nalazi supermasivna crna rupa, čija je interakcija s materijom Galaksije uzrok snažnog zračenja.
Na temu proučavanja galaksija vraćat ćemo se više puta, jer je ona zaista neiscrpna, a ovdje je mnogo više pitanja nego odgovora.
Kosmički ples kraljevstva galaksija
Detaljno proučavanje Univerzuma pokazalo je u kakvom fantastičnom kosmičkom baletu učestvuje Zemlja. Prvo, brzinom od 30 km/s, vodi nas sa sobom na godišnje putovanje u orbitu oko Sunca promjera 17 svjetlosnih minuta (slika A). Sunčev sistem pravi "obilazak" oko centra mliječni put pri brzini od 230 km/s (slika B).
Mliječni put, prečnika 100.000 svjetlosnih godina, leti brzinom od 90 km/s prema susjednoj Andromedi, a dio su Lokalne grupe, koja se proteže na milione svjetlosnih godina (slika C). Zauzvrat, Lokalna grupa galaksija kreće se brzinom od približno 600 km/s, privučena superjatom u sazvežđima Devica, Hidra i Kentauri, od kojih je najbliža udaljena više od 65 miliona svetlosnih godina od nas (sl. D ). Pomenuta obližnja superjata su u gravitacionoj interakciji sa drugim galaktičkim aglomeracijama.
Skupovi superklastera formiraju gigantske lance koji se protežu na stotine miliona i milijardi svjetlosnih godina. Najzanimljivije je da materija vidljiva našim očima (zvijezde i galaksije) igra vrlo neznatnu ulogu u ovoj „univerzalnoj predstavi“. U mnogo većoj meri, ove gigantske prostorne strukture formiraju: a) - gravitaciono polje nevidljive "skrivene mase" ili "tamne materije", čije zračenje ne detektuju naši instrumenti, i b) - gravitaciono polje antigravitacijski efekat "tamne energije", koji -odgovara širenju Metagalaksije.
U dubinama Malog Magelanovog oblaka
Nesumnjivi ukras južnog zvjezdanog neba naše planete je Mali Magelanov oblak (SMC), satelit Mliječnog puta. Nalazi se 210.000 svjetlosnih godina od nas u pravcu sazviježđa Tucana. Predmet istraživanja svemirskog teleskopa nazvanog po. Hubble je identifikovao region za formiranje zvijezda u IMC-u, nazvan NGC 346. Ovaj region, snimljen na slici prikazanoj na sljedećoj stranici, ima prečnik od oko 200 svjetlosnih godina. Tokom detaljne studije, naučnici su ovdje otkrili mnoge zvjezdane embrione, rođene u oblacima plina i prašine u kolapsu. Nuklearne reakcije u ovim embrionima još nisu počele. Najmanji od njih imaju masu jednaku polovini mase našeg Sunca. Njihov ukupan broj je otprilike 2500. Prema astronomima, ukupan broj zvijezda u NGC 346 je 70 000. Tu je otkriveno nekoliko starosnih grupa zvijezda. Najstariji su stari 4500 milijardi godina (isto koliko i naše Sunce), a najmlađi su nastali prije samo 5 miliona godina, kada je čovjek na Zemlji savladao uspravno hodanje.
Galaksije koje nemaju izraženu strukturu, poput SMC, smatraju se građevinskim blokovima od kojih su nastale velike galaksije u ranim fazama razvoja Univerzuma. Ovaj satelit Mliječnog puta je "laboratorija" za proučavanje procesa rođenja zvijezda. MMC je nastao mnogo kasnije od naše Galaksije, o čemu svjedoči niži sadržaj teških elemenata u njenim zvijezdama.
P. S. Dužina vremenskog toka
Međunarodni tim astronoma predvođen Christopherom J. Conseliceom, profesorom astrofizike na Univerzitetu u Nottinghamu, otkrio je da Univerzum sadrži najmanje 2 triliona galaksija, deset puta više nego što se ranije mislilo. Rad tima, koji je započeo grantom Kraljevskog astronomskog društva, objavljen je u časopisu Astrophysical Journal 14. oktobra 2016. godine.
Astronomi su dugo pokušavali utvrditi koliko galaksija postoji u vidljivom svemiru, dijelu svemira gdje je svjetlost udaljenih objekata uspjela doći do nas. Tokom proteklih 20 godina, naučnici su koristili slike sa svemirskog teleskopa Hubble kako bi procijenili da svemir koji vidimo sadrži oko 100 do 200 milijardi galaksija. Trenutna astronomska tehnologija nam omogućava da proučavamo samo 10% ovih galaksija, a preostalih 90% će biti vidljivo tek kada se razviju veći i bolji teleskopi.
Istraživanje profesora Conselice je kulminacija 15 godina rada, koje je također djelimično finansirano stipendijom za istraživanje dodijeljenom studentu Aaron Wilkinsonu. Aaron, trenutno doktorant na Univerzitetu u Nottinghamu, počeo je pregledom svih prethodnih studija brojanja galaksija, koje su pružile temeljnu osnovu za uspostavljanje veće studije.
Tim profesora Conselice pretvorio je uske slike dubokog svemira sa teleskopa širom svijeta, a posebno s teleskopa Hubble, u 3D mape. To im je omogućilo da izračunaju gustinu galaksija, kao i zapreminu jedne male oblasti svemira za drugom. Ovo mukotrpno istraživanje omogućilo je timu da utvrdi koliko je galaksija propušteno u ranijim studijama. Možemo reći da su izvršili međugalaktička arheološka istraživanja.
Rezultati ove studije zasnovani su na mjerenju broja posmatranih galaksija u različitim epohama - vremenskim isječcima na galaktičkoj skali - kroz istoriju Univerzuma. Kada su profesor Conselice i njegov tim iz Nottinghama, u saradnji sa naučnicima sa Leidenske opservatorije na Univerzitetu Leiden u Holandiji i Instituta za astronomiju Univerziteta u Edinburghu, ispitali koliko galaksija postoji u svakoj eri, otkrili su da ih ima više rana faza razvoj Univerzuma, broj galaksija je bio mnogo veći nego sada.
Čini se da je kada je svemir bio star samo nekoliko milijardi godina, broj galaksija u datom volumenu svemira bio deset puta veći nego u sličnom volumenu danas. Većina ovih galaksija bili su sistemi male mase, tj. sa masama sličnim onima galaksija koje trenutno okružuju Mliječni put.
Profesor Konselis je rekao: „Ovo je veoma iznenađujuće jer znamo da se tokom 13,7 milijardi godina kosmičke evolucije od Velikog praska, veličina galaksija povećala formiranjem zvezda i spajanjem sa drugim galaksijama. Utvrđivanje prisustva više galaksija u prošlosti implicira da je morala doći do značajne evolucije kako bi se smanjio njihov broj kroz opsežna spajanja sistema. Nedostaje nam velika većina galaksija jer su veoma slabe i udaljene. Broj galaksija u svemiru je fundamentalno pitanje u astronomiji, i zapanjujuće je jer je 90% galaksija u svemiru još uvijek neistraženo. Ko zna sta zanimljiva svojstva hoćemo li otkriti kada proučavamo ove galaksije pomoću sljedeće generacije teleskopa?"
Prijevod članka „Distribucija gustoće galaksija u Z< 8 и ее последствия».
Октябрь 2016.
Права на перевод принадлежат
Autori:
Christopher J. Conselice, School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Nottingham, Engleska.
Aaron Wilkinson, Leiden Observatory Leiden University, Holandija
Kenneth Duncan, Kraljevska opservatorija, Institut za astronomiju, Univerzitet u Edinburgu, Škotska
anotacija
Distribucija gustine galaksija u svemiru, a samim tim i ukupnog broja galaksija je fundamentalno pitanje u astrofizici koje utiče na rješavanje mnogih problema u oblasti kosmologije. Međutim, prije objavljivanja ovog članka, nikada nije postojala slična detaljna studija o tome važan indikator, kao i definisanje jasnog algoritma za pronalaženje ovog broja. Da bismo riješili ovaj problem, koristili smo uočene funkcije galaktičke zvjezdane mase do $z \sim 8$ da bismo odredili kako gustoća broja galaksija varira kao funkcija vremena i granice mase. Pokazali smo da povećanje ukupne gustine galaksija ($\phi_T$) masivnijih od $M_* = 10^6M_\odot$ opada kao $\phi_T \sim t^(-1)$, gdje je t doba Univerzuma. Dalje smo pokazali da se ovaj trend preokreće i prilično se povećava tokom vremena na višim nivoima granične vrijednosti mase $M_* > 10^7M_\odot$. Koristeći $M_* = 10^6M_\odot$ kao donju granicu, opravdali smo da je ukupan broj galaksija u Univerzumu do $z = 8$: $2.0 (+0.7\odaberi -0.6) \puta (10^ (12)) $ ili samo 2,0 $ \puta (10^(12))$ (dva triliona!), tj. skoro deset puta više nego što je viđeno u svim anketama zasnovanim na nebu. Razgovarat ćemo o implikacijama ovih rezultata na razumijevanje procesa evolucije galaksija, a također ćemo uporediti naše rezultate s najnovijim modelima formiranja galaksija. Ovi rezultati takođe ukazuju da kosmička pozadinska svetlost u optičkoj i bliskoj infracrvenoj oblasti verovatno potiče iz ovih neopaženih slabih galaksija. Također ćemo pokazati kako ovi rezultati rješavaju pitanje zašto je noćno nebo tamno, inače poznato kao .
1. Uvod
Kada otkrijemo Univerzum i njegova svojstva, uvijek želimo znati apsolutne vrijednosti. Na primjer, astronomski interes je izračunati koliko je zvijezda u našoj galaksiji, koliko planeta okružuje ove zvijezde (Fressin et al. 2013), ukupnu gustoću Univerzuma (npr. Fukugita & Peebles 2004), između ostalih apsoluta u svojstvima Univerzuma. Ovdje je dat približan odgovor na jedno od ovih pitanja - ovo je ukupna gustoća broja galaksija i, prema tome, ukupan broj galaksija u Univerzumu.
Ovo pitanje nije samo prazna radoznalost, već je povezano sa mnogim drugim pitanjima u kosmologiji i astronomiji. Raspodjela gustoće galaksija povezana je s pitanjima kao što su formiranje/evolucija galaksija prema broju formiranih sistema, promjena odnosa gigantskih galaksija i patuljastih galaksija, brzina udaljenih supernova i gama zraka, stopa formiranja zvijezda u svemiru i kako nove galaksije se stvaraju/uništavaju spajanjem (na primjer, Bridge et al. 2007; Lin et al. 2008; Jogee et al. 2009; Conselice et al. 2011; Bluck et al. 2012; Conselice 2014; Ownsworth et al. 20014 et al. ). Broj galaksija u vidljivom Univerzumu također otkriva informacije o gustoći materije (materije i energije) Univerzuma, pozadinskom svjetlu na različitim talasnim dužinama i razumijevanju Olbersovog paradoksa. Međutim, još uvijek nema dobrog mjerenja ove osnovne veličine. Naša sposobnost da proučavamo distribuciju gustine galaksija pomoću teleskopa nastala je tek pojavom CCD kamera. Istraživanje ultra dugog dometa dalekih galaksija počelo je 1990-ih (npr. Koo & Kron 1992; Steidel & Hamilton 1992; Djorgovski et al. 1995), a svoju sadašnju dubinu dostiglo je projektima svemirskog teleskopa Hubble, posebno (Williams et al. 1996 ). Nakon toga, istraživanje je nastavljeno u okviru (Williams et al., 2000), (Giavalisco et al. 2004), istraživanja infracrvenog spektra (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) (Grogin et al. 2011; Koekemoer et al. 2011), a kulminiralo je Hubble Ultra Deep Field (Beckwith et al. 2006), koje ostaje najdublje optičko i blisko infracrveno istraživanje našeg svemira do danas.
Međutim, uprkos svim ovim studijama, još uvijek je nejasno kako se ukupna gustoća broja galaksija razvija tokom vremena. Ovo je zanimljivo pitanje jer znamo da se stopa formiranja zvijezda povećava, a zatim smanjuje sa z< 8 (например, Bouwens et al. 2009;
; Madau & Dickinson 2014), в то же время галактики становятся более крупными и менее своеобразными
(например, Conselice et al. 2004; Papovich et al. 2005; Buitrago et al. 2013; Mortlock et al. 2013; Lee et al. 2013; Conselice
2014; Boada et al. 2015). Однако мы не знаем, как изменяется общее количество галактик во времени и как это связано с общим образованием популяции галактик в целом.
Nekoliko je razloga zašto nije lako odrediti ukupan broj galaksija na osnovu rezultata istraživanja ultra dugog dometa. Jedna od njih je da su sva opažanja ultra dugog dometa nepotpuna. To je zbog ograničenja u vremenu ekspozicije i dubini, što uzrokuje da se neke galaksije lakše otkriju od drugih. Rezultat toga je nepotpuna slika čak iu najdugovječnijim istraživanjima, koja se može ispraviti, ali koja ipak ostavlja određenu nesigurnost. Međutim, više važan problem je da ova opažanja ne dopiru do najslabijih galaksija, iako iz teorije znamo da bi trebalo biti mnogo više slabih galaksija izvan granica onoga što trenutno možemo promatrati.
Također je važno obratiti pažnju na ono što podrazumijevamo pod ukupnom gustinom galaksija u Univerzumu. To nije jednostavna veličina koja se može definirati kao ukupna gustoća koja trenutno postoji, ukupna gustoća koja je u principu vidljiva i ukupna gustoća koja se može promatrati modernom tehnologijom su različita pitanja s različitim odgovorima. Tu je i problem što smo ograničeni na kosmološki horizont iznad onoga što možemo promatrati, pa stoga postoje galaksije koje ne možemo vidjeti izvan njega. Čak i broj galaksija koje danas postoje u Univerzumu, odnosno, ako bismo mogli razmotriti cijeli Univerzum onakvim kakav je u sadašnjem trenutku, umjesto da bude ograničen vremenom prolaska svjetlosti, složeno je pitanje. Galaksije u udaljenom univerzumu su evoluirale izvan onoga što trenutno možemo promatrati zbog konačne prirode brzine svjetlosti i vjerovatno će biti slične onima u vidljivom svemiru. U ovom radu bavimo se svim ovim pitanjima, naime kako gustoća broja galaksija varira unutar trenutno vidljivog univerzuma do z ~ 8.
Radi poređenja, u dodatku ovog rada analiziramo i broj galaksija koje su vidljive moderni teleskopi na svim talasnim dužinama, a koje trenutno možemo posmatrati. Zatim upoređujemo ove podatke sa mjerenjima ukupnog broja galaksija koje bi se potencijalno mogle uočiti u Univerzumu na osnovu izmjerenih funkcija mase. Također ćemo razgovarati o tome kako ovi rezultati otkrivaju informacije o evoluciji galaksije i . Također pružamo informacije o budućim studijama i koji će dio galaksija posmatrati.
Ovaj članak je podijeljen u nekoliko odjeljaka. §2 opisuje podatke koje koristimo u ovoj analizi, §3 opisuje rezultate ovog rada, uključujući metode za analizu funkcija zvjezdane mase galaksija kako bi se dobio ukupan broj galaksija u Univerzumu, §4 opisuje implikacije ovih rezultata, i § 5 Predstavljen je kratak sažetak članka. U ovom radu koristimo standardnu kosmologiju: H 0 = 70 km s −1 Mpc −1 , i Ω m = 1 − Ω λ = 0,3.
2. Podaci
Podaci koje koristimo za ovaj članak dolaze iz brojnih izvora i rezultata. prethodni radovi. U Dodatku opisujemo koliko galaksija trenutno možemo posmatrati u Univerzumu, na osnovu najdubljih opservacija dostupnih do sada. Ovdje, u glavnom članku, istražujemo pitanje koliko bi galaksija potencijalno moglo biti otkriveno u Univerzumu ako se duboko snimanje na svim valnim dužinama izvodi u svim dijelovima neba bez ikakvih galaktičkih smetnji ili drugih izobličenja.
Za veći dio ove analize i rezultata ovog rada, koristimo masene funkcije galaksija od vidljivog Univerzuma do z ~ 8 da odredimo kako se gustoća broja galaksija razvija s vremenom i . Ove funkcije mase i osvjetljenja sada tek počinju da se mjere velike vrijednosti crveni pomak, a naši primarni podaci dolaze iz funkcija mase izračunate korištenjem visoko preciznih infracrvenih i optičkih istraživanja s Hubble i zemaljskih stanica.
Kao što je predstavljeno u sljedećem odjeljku, funkcije mase koje koristimo preuzete su od Fontana et al. ( , ), Tomczak et al. (2014), a za galaksije na z< 3. Для самых высоких значений красного смещения мы используем функции масс,
опубликованные
,
и
. Мы упорядочили все эти функции масс из каждого вышеуказанного исследования на основе
для звезд от $0.1M_\odot$ до $100M_\odot$. Мы использовали
плотности галактик из этих функций масс, соответствующие их объемам, в отличие от физических объемов. Это говорит о том, как количество галактик
изменяется в одном и том же эффективном объеме, при этом эффекты расширения Хаббла исключаются. Эти функции масс показаны на
{{ show1_MathJax ? "Закрыть":"Рисунке 1" }} до предела масс, взятых из ранее упомянутых исследований, которые также перечислены в Таблице 1.
Slika 1. Funkcije mase koje koristimo u ovom radu su iscrtane koristeći Sve ove vrijednosti su preuzete iz različitih studija spomenutih u §2. Funkcije mase su predstavljene ovisno o vrijednostima , na lijevom grafikonu su prikazani sistemi na z< 1, средний график показывает 1 < z < 3 и z >3 (krajnje desno). Ove masene funkcije su prikazane tako da su pune obojene linije masene funkcije do granice odgovarajućih podataka u kojima su potpune, a isprekidane linije pokazuju našu ekstrapolaciju na $M_* = 10^6 M_\odot$. „Najravniji“ graf funkcije mase za 1< z < 3 взят из работы и для z >3 uzeti sa posla.
3. Distribucija gustine galaksije
3.1 Uvod i upozorenja
Glavna metoda koju koristimo za određivanje gustine galaksija u Univerzumu je integracija broja galaksija kroz uspostavljene funkcije mase za dati kosmološki crveni pomak. Ovo zahtijeva ekstrapolaciju utvrđenih funkcija zvjezdane mase kako bi se postigla minimalna granica mase populacije galaksije. Postoji mnogo načina na koje se to može učiniti, o kojima ćemo govoriti u nastavku. Jedan od mnogih važna pitanja je donja granica od koje bismo trebali početi računati broj galaksija kao funkciju funkcija mase. Zahvaljujući nedavnim publikacijama koje daju funkcije zvjezdane mase do z ~ 8 (npr. ; , sada možemo napraviti ovaj proračun po prvi put. Drugo pitanje je može li se ekstrapolirati ispod granice podataka za koje je prvobitno bio prikladan. Ovo je pitanje koje ćemo detaljno istražiti.
Ovo nadopunjuje pristup direktno promatranom predstavljen u Dodatku i to je precizniji način za mjerenje broja galaksija u trenutno vidljivom Univerzumu ako su funkcije mase ispravno izmjerene i precizno parametrizirane. Međutim, ova metoda ima potencijalne zamke koje je potrebno pažljivo razmotriti i analizirati. Ovo ne samo zbog činjenice da mjerenja zavise od mnogo više faktora od samo fotometrije i problema s identifikacijom objekata koji su uvijek prisutni kada se jednostavno mjeri broj galaksija. Ovdje se situacija odnosi na druge nesigurnosti povezane s mjerenjem zvjezdanih masa i crvenih pomaka. Međutim, ako možemo uzeti u obzir ove nesigurnosti, integracija uspostavljenih funkcija mase može nam reći o gustoći galaksija u datom intervalu crvenog pomaka sa određenom izmjerenom nesigurnošću.
Koristimo ovu metodu za izračunavanje ukupne gustine galaksija unutar trenutno vidljivog svemira kao funkcije crvenog pomaka. Da bismo to uradili, ne integrišemo direktno posmatrane funkcije mase, već koristimo parametrizovanu formu koju daje Schechterova (1976) funkcija da odredimo ukupnu gustinu broja galaksija kao funkciju crvenog pomaka. Forma ove funkcije je data:
$\phi(M) = b\times\phi^\ast\ln(10)^(1+\alpha)$ $\times\exp[-10^(b(M-M^\ast))] . . . . .(1)$
gdje je b = 1 za funkciju mase, b = 0,4 za , što će biti zapisano u apsolutnim vrijednostima. Za funkciju mase, $M^*$ je tipična masa u logaritamskim jedinicama i određuje gdje funkcija mase mijenja nagib, a $M = \log(\frac(M_*)(M_\bigodot))$ je masa u logaritamske jedinice. Slično za funkciju osvjetljenja, $M^*$ odgovara tipičnoj vrijednosti. Za obje funkcije, $\phi^*$ ima normalizaciju, a $\alpha$ određuje nagib za slabije i manje masivne galaksije. Naša metoda koristi objavljene vrijednosti $\phi^*$, $\alpha$ i $M^*$ za izračunavanje integriranog broja galaksija na različitim crvenim pomacima.Koristimo Schechterovu funkciju luminoziteta kao alat za izračunavanje ukupne gustoće jer općenito dobro opisuje raspodjelu masa galaksija na svim crvenim pomacima u rasponima koje proučavamo. Međutim, ne znamo na kojoj donjoj granici mase ona ostaje važeća, što je jedna nesigurnost u našoj analizi. Zatim ćemo raspravljati o korištenju $M_*>10^6 M_\bigodot$ kao granice i obrazloženju za korištenje kao naše donje granice. Također razgovaramo o tome kako bi se naši rezultati promijenili da smo koristili drugačiju vrijednost za donju granicu mase.
Pošto integrišemo funkcije mase kroz čitavu istoriju svemira, moramo koristiti mnoga istraživanja da bismo objasnili broj galaksija na različitim crvenim pomacima. Različiti rasponi crvenog pomaka zahtijevaju studije provedene na različitim valnim dužinama, a različite studije ponekad otkrivaju različita značenja Schechterovi parametri. U ovom radu pokušavamo sveobuhvatno proučiti funkcije mase koje, posebno pri malom crvenom pomaku, mogu proizvesti široko divergentne vrijednosti gustoće i evolucijske oblike. Dobijamo skoro iste rezultate kada koristimo Schechterovu funkciju dvostrukog sjaja za izračunavanje funkcije mase pri malim kosmološkim crvenim pomacima kao kada koristimo zakon snage () za izračunavanje funkcije mase pri visokim kosmološkim crvenim pomacima.
1. stranica 170-183 Predavanja o zvezdanoj astronomiji. Loktin A.V., Marsakov V.A., 2009.
2.
3.
4., odjeljak NASA-ine ekstragalaktičke baze podataka (NED) - najvećeg spremišta slika, fotometrije i spektra galaksija dobijenih iz istraživanja neba u mikrovalnom, infracrvenom, optičkom i ultraljubičastom (UV) opsegu.
5.
6.
7.
8. Ovaj rad je uveo dvostruku Schechterovu funkciju svjetline. Odjeljak 4.2 na stranici 10.
9. Lorenzo Zaninetti. 29. maja 2017. Lijeva i desna skraćena Schechterova svjetlina funkcija za kvazare
U kosmološkom opsegu crvenog pomaka z ~ 0 - 3 koristimo utvrđene vrijednosti funkcija mase i njihove greške iz rada Fontana et al. ( , ), I . Ove funkcije zvjezdane mase određuju se mjerenjem zvjezdanih masa objekata korištenjem SED procedure fitting(). Uprkos velikom raspršenju u različitim mjerenjima parametara Schechterove funkcije, koristimo sve ove informacije kako bismo uzeli u obzir različite metode mjerenja i korištene modele, kao i kosmičku disperziju (). Ove masene funkcije, parametrizirane Schechterovom funkcijom, prikazane su na slici 1. Također pretvaramo one studije koje koriste početne Chabrierove masene funkcije () - Pozzetti et al. (2007), Duncan et al. (2014), Mortlock et al. (2015) i Muzzin et al. (2013) koji koristi početne funkcije mase Krupe (Kroupa IMF) u početne funkcije mase Salpeter (Salpeter IMF). Lista vrijednosti koje koristimo u našoj analizi prikazana je u (( show2_MathJax ? "Zatvori": "Tabela 1")) Bilješka- Ova tabela navodi parametre datih Schechterovih funkcija koje koristimo za izvođenje naših proračuna. Svi su normalizirani kako bi se proizvele usporedive vrijednosti početnih Salpeterovih funkcija mase (Salpeter IMF), iako Pozzetti et al. (2007), Duncan et al. (2014) i Mortlock et al. (2015) koristili su početne Chabrierove masene funkcije (), a Muzzin et al. (2013) koristio je Kroupa početne masene funkcije (Kroupa IMF).
(( show2_MathJax ? "Zatvori": "Tabela 1")) .
Imajte na umu da razmatramo samo one masene funkcije gdje je parametar α
promjene su dozvoljene u primjenjivim modelima Schechter. Ako se rezultat funkcije mase dobije iz fiksne vrijednosti α
, onda to dovodi do izobličenja u broju galaksija, budući da ova vrijednost ima značajan uticaj brojem slabih galaksija sa malom masom u datom volumenu (§3.2). Stoga isključujemo rezultate funkcije mase iz studija koje koriste α GOODS (Projekat Dubokog istraživanja o porijeklu velikih opservatorija) kao dio istraživanja kosmičkog sklopa Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey, kao i od .
Za visoke vrijednosti kosmološkog crvenog pomaka, funkcije mase su relativno nov parametar, pa smo u cilju dobivanja konzistentnih i konzistentnih podataka analizirali i dobivene funkcije svjetline u ultraljubičastom području, uglavnom na 1500˚A. Da bismo to učinili, koristili smo podatke objavljene u Bouwens et al. (2011), McLure et al. (2009), McLure et al. (2013), Bouwens et al. (2015) i Finkelstein et al. (2015). McLure et al. (2013) i Bouwens et al. (2015) analiziraju podatke iz najudaljenijih istraživanja, uključujući istraživanje HUDF12, koje je ispitivalo galaksije na najvećim kosmološkim crvenim pomacima na $z = 8$ i $z = 9$.
Da bismo pretvorili granicu mase zvijezda u granicu UV magnitude, koristimo omjere između ove dvije veličine izračunate u Duncan et al. (2014). Duncan et al. (2014) modelirali su linearni odnos između mase i svjetlosti u UV i kako se ona razvija ispod različita značenja kosmološki crveni pomak. Koristimo ih da odredimo granicu UV magnitude koja odgovara našem standardnom ograničenju mase $M_* = 10^6M_\odot$. Stoga možemo povezati našu granicu zvjezdane mase sa granicom apsolutne magnitude u UV. Ne koristimo ove vrijednosti u našim proračunima, ali koristimo ove funkcije osvjetljenja da provjerimo konzistentnost naših rezultata dobivenih iz funkcija zvjezdane mase. Nalazimo visoku konzistentnost sa funkcijama zvjezdane mase, uključujući korištenje različitih varijacija konverzije zvjezdane mase u UV luminoznost (npr. Duncan et al. 2014; Song et al. 2015). Štoviše, sve naše funkcije mase za visoke vrijednosti kosmološkog crvenog pomaka su manje-više konzistentne, s izuzetkom Graziana et al. (2015), čiji rezultati dovode do nešto niže vrijednosti $\phi_T$.
5. Kratak sažetak studije
Istraživali smo fundamentalno pitanje distribucije gustine galaksija u Univerzumu. Ovaj problem analiziramo na nekoliko načina i raspravljamo o implikacijama na galaktičku evoluciju i kosmologiju. Koristimo nedavno izvedene funkcije mase za galaksije do z ∼ 8 da odredimo raspodjelu gustoće galaksija u svemiru. Naš glavni zaključak je da se gustina broja galaksija smanjuje tokom vremena kao $\phi_T(z) \sim t^(-1)$, gdje je t starost Univerzuma.
Sljedeće ćemo raspravljati o implikacijama ovog povećanja gustine galaksija sa retrospektivom za niz ključnih astrofizičkih pitanja. Integracijom gustine broja galaksija izračunali smo broj galaksija u Univerzumu, čija je vrijednost bila $2.0 (+0.7\odaberi -0.6) \puta (10^(12))$ za $z = 8$, što se u principu može primijetiti. To je otprilike deset puta više nego kod direktnog proračuna. To znači da tek treba da otkrijemo veliku populaciju slabih, udaljenih galaksija.
U smislu astrofizičke evolucije galaksija, pokazujemo da se povećanje integrabilnih funkcija mase svih galaksija s crvenim pomakom objašnjava modelom spajanja. Mi to pokazujemo jednostavan model spajanje je sposobno da reprodukuje smanjenje broja galaksija sa vremenskom skalom spajanja od $\tau=1,29 ± 0,35 Gyr$. Rezultirajuća stopa spajanja pri z = 1,5 je R ∼ 0,05 spajanja $Gyr^(−1) Mpc^(−3)$, blizu vrijednosti dobivene strukturnom analizom i analizom parova. Većina ovih konvergentnih galaksija su sistemi niže mase, povećavajući gustinu broja galaksija tokom vremena od donje granice do većih masa kada se računa ukupna gustina.
Na kraju, raspravljamo o implikacijama naših nalaza za buduća istraživanja.
U budućnosti, kako funkcije mase budu postale bolje poznate kroz bolje SED modeliranje i dublje i šire podatke iz JWST i Euclid/LSST, moći ćemo preciznije izmjeriti ukupnu gustinu broja galaksija i tako dobiti bolju mjeru ove fundamentalne veličine.
Sunce je odneseno opštim orbitalnim kretanjem Orionovog kraka naše Galaksije brzinom od 220 km/s u potpunu neizvesnost, negde prema sazvežđu Herkul. Zvezdano okruženje Sunca takođe nije statično, sve okolo je u stalnom kretanju, i, naravno, to dovodi do prisustva na Zemljinom nebu određenog broja zvezda sa velikim unutrašnjim pomakom na našem nebu - po redu od nekoliko lučnih sekundi godišnje. Ovdje se moramo sjetiti. Mnoge od njih su zvijezde bliske nama, koje se nalaze na udaljenostima od nekoliko desetina svjetlosnih godina, i to se čini sasvim logičnim - što je zvijezda bliža, to bi se njena vlastita brzina u odnosu na Sunce trebala manifestirati većom i više se kretati. naše nebo.
Drugi skup podataka svemirske opservatorije GAIA, koji određuje trodimenzionalne koordinate, brzine, sjaj i druge važne karakteristike zvijezda naše Galaksije, neiscrpna je riznica znanja za svakog naučnika koji je svoj život posvetio astrofizici, zvjezdana astronomija, astrometrija ili čak evolucija galaksija. GAIA DR2 sadrži podatke desetina miliona zvijezda koje još uvijek čekaju svoje istraživače, dok profesionalci primjenjuju tehnologije nauke o podacima na ovu gigantsku bazu podataka, skidajući kremu. Ovdje je njemački astronom Ralf-Dieter Scholz nedavno otkrio čudan, blizak sistem crvenih i smeđih patuljaka udaljenih samo 22 svjetlosne godine. Sa stanovišta astrofizičara, sam sistem je prilično izvanredan i zahtijeva dalje pažljivo proučavanje, ali onda su došli astrometrijski stručnjaci i navukli ćebe na sebe.
Dvojica astronoma - Eric Mamajek iz NASA-inog programa za istraživanje egzoplaneta i njegov kolega Valentin Ivanov - bili su iznenađeni što se Scholzova zvijezda uopće ne kreće na nebu, iako je, teoretski, trebala biti. Odnosno, ispada da se kreće striktno duž linije naše vizije - ili prema nama ili dalje od nas. Proračuni Doplerovog pomaka su pokazali da se Scholzov sistem udaljava od nas brzinom od 80 km/s, a to pak znači da je prije nekog vremena proletio vrlo blizu Sunčevog sistema! Dalji proračuni su pokazali da se takav trenutak dogodio prije 70 hiljada godina i da je tačka sastanka bila na 55 hiljada AJ. od Sunca, daleko iza Oortovog oblaka, ali 5 puta bliže od Proksime Centauri!
Možete li ovo zamisliti?
Štaviše, udubivši se u istu GAIA bazu podataka, vidjeli su da postoji još jedna zvijezda GJ710, koja ide prema nama sa čvrstom namjerom da proleti Sunčev sistem za 1,3 miliona godina na nekoj udaljenosti koja nije navedena u članku.
Ove stvari, za razliku od plesanja oko mitskog Nibirua, su stvarne. Možete ih dodirnuti i, ako imate vještinu, smisliti neke razumne verzije onoga što bi se moglo dogoditi sljedeće. Blizu Solarni sistem prolasci drugih zvezdanih sistema mogu dovesti do različite posledice. Prvo će, naravno, objekti Oortovog oblaka - uglavnom ledene komete - početi da se aktivno bacaju u sistem, približavajući se Suncu, kako bi ga ili obišli i zauvijek otišli u svemir, ili, možda, podvrgnuti brojnim gravitacijskim interakcijama sa planetama, divovima - prije svega, Jupiterom, da ih zarobe ili počnu mijenjati svoje putanje na najbizarniji način. Moguće je da bi se neke od ovih putanja kasnije mogle ukrstiti sa orbitom Marsa ili Zemlje i nasmijati nas. Sasvim je moguće da je upravo ovaj mehanizam bio osnova za pojavu vode na ovim planetama još jako, jako davno.
Drugo, zaista blizak prolazak zvijezde može pomaknuti patuljaste planete u Kuiperovom pojasu - poput Plutona, dodati im satelite ili, obrnuto, oduzeti ih. Same planete također mogu biti bačene u sistem ili van i zauvijek nestati u tami svemira.
I, naravno, ne možemo isključiti mogućnost da bi u najgorem slučaju Zemlja mogla biti istrgnuta iz nježnog zagrljaja Sunca i otići u pakao, ili pronaći bilo koju drugu smrt po svom izboru. Međutim, vjerovatnoća za to je potpuno mala i ne bih se ozbiljno brinuo oko toga.
To jest, vidimo da takvi susreti mogu značajno uticati na evoluciju i strukturu Sunčevog sistema.
Dakle, Scholzov sistem, koji se sastoji od crvenih i smeđih patuljaka, zviždao je relativnom brzinom od 80 km/s na udaljenosti od 55 hiljada AJ. od Sunca prije 70 hiljada godina. Naši preci sa kamenim sjekirama i kopljima nisu ni slutili za tako strašnog susjeda, jer je njegov vidljivi sjaj na nebu bio 100 puta manji od 6. magnitude vidljive oku.
Ali zaista želim vjerovati da bi, da je Scholzova zvijezda vidljiva, definitivno postojao neki pitekantrop koji bi sebi postavio pitanje "zašto je to? Zašto je to?" i pisao bi o tome na kamenom blogu, potpisao nesto kao "Ima dovoljno raja za sve"...