GALAXIE: VLASTNOSTI, KOMPONENTY, TYPY, FORMOVÁNÍ - ARTE - 2025

Galaxie je konglomerace astronomických objektů a věci, jako je plyn a prachových mračen, miliard hvězd, mlhoviny, planety, planetky, komety, černé díry, a dokonce i hodně temné hmoty, všech strukturovaných díky gravitační síle.

Naše sluneční soustava je součástí velké spirálové galaxie zvané Mléčná dráha. Toto jméno odvozené z řečtiny může být přeloženo jako „mléčná stezka“, kvůli jeho podobnosti s matně osvětleným pruhem, který protíná nebeskou sféru.

Obrázek 1. Krásná lentikulární galaxie známá jako Sombrero Galaxy M104 v souhvězdí Panny, vzdálená 29,35 milionu světelných let, viděná pomocí Hubbleova dalekohledu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Za jasných letních nocí lze pozorovat velmi dobře mezi souhvězdími Štíra a Střelce, protože jádro je v tomto směru a hustota hvězd je mnohem vyšší.

Historie objevu galaxií

Velký řecký myslitel a matematik Democritus of Abdera (460-370 př.nl) byl první, kdo navrhl - v jeho době neexistovaly žádné dalekohledy - že Mléčná dráha byla ve skutečnosti tvořena tisíci hvězd tak daleko od sebe, že jednoho nelze rozlišit. jiný.

Chvíli trvalo, než s ním Galileo (1564-1642) souhlasil, když při míření dalekohledem zjistil, že na obloze je více hvězd, než dokázal spočítat.

Galileo Galilei - Zdroj: Domenico Tintoretto

Byl to německý filosof Immanuel Kant (1724-1804), kdo spekuloval, že Mléčná dráha je tvořena z tolika tisíců solárních systémů a že celek má eliptický tvar a rytmicky rotuje kolem středu.

Dále navrhl, že existují jiné sady hvězd a planet, jako je Mléčná dráha, a nazval je ostrovními vesmíry. Tyto vesmírné ostrovy budou ze Země vidět jako malé, slabé skvrny světla.

O 20 let později, v roce 1774, se objevil Messierův katalog, kompilace 103 objektů hlubokého vesmíru, které byly k dnešnímu dni viditelné a které vytvořil francouzský astronom Charles Messier (1730-1817).

Mezi nimi byli někteří kandidáti na ostrovní vesmíry, které byly známé jednoduše jako mlhoviny. Mlhovina M31 byla jedním z nich, dnes známým jako sousední galaxie v Andromedě.

William Herschel (1738-1822) rozšířil seznam objektů hlubokého vesmíru na 2 500 a nejprve popsal tvar Mléčné dráhy. Vědci si však dosud neuvědomili, že určité mlhoviny, jako je M31, jsou samy o sobě obrovské konglomeráty hvězd podobné Mléčné dráze.

Potřeboval se dalekohled s dostatečným rozlišením a mohl být zakoupen v roce 1904, kdy byl obrovský dalekohled na observatoři Mount Wilson v Kalifornii postaven se zrcadlem o průměru 100 palců. Teprve tehdy se vyjasnila velikost vesmíru, protože již tak obrovská Mléčná dráha je jen jednou galaxií mezi jejich nespočetnými konglomeráty.

V roce 1924 se Edwinovi Hubbleovi (1889-1953) podařilo změřit vzdálenost k jedné z těchto spirálních mlhovin a pozorovat Cepheidovy hvězdy v objektu M31, nejvýznamnější spirálovitě tvarovanou mlhovinu zvanou Andromeda.

Cefeidy jsou hvězdy, které pravidelně mění svůj jas, a to je úměrné období. Jasnější mají delší období.

Do té doby Harold Shapley (1885-1972) odhadoval velikost Mléčné dráhy, ale byl tak velký, že byl přesvědčen, že mlhovina Andromeda byla uvnitř Mléčné dráhy.

Hubble však rozhodl, že vzdálenost k cefeidským Andromedám byla mnohem větší než velikost Mléčné dráhy, a proto v ní nemohla být nalezena. Andromeda, stejně jako Mléčná dráha, byla sama o sobě galaxií, i když po dlouhou dobu zůstávala nazývána „extragalaktická mlhovina“.

Obecné vlastnosti

Galaxie mají tvar a, jak uvidíme později, lze je klasifikovat podle tohoto kritéria. Obsahují také hmotu a nejsou vůbec statickými entitami, protože mají pohyb.

Existují obrovské a velmi jasné galaxie, jako je Mléčná dráha a Andromeda, a také galaxie zvané „trpaslíci“, až tisíckrát méně jasné. Abychom se seznámili s velikostmi, je užitečné znát některé měrné jednotky používané v astronomii. Nejprve máme světelný rok.

Světelný rok je jednotka vzdálenosti rovnající se vzdálenosti, kterou světlo projde za jeden rok. Výsledkem je, že rychlost světla je 300 000 km / s, vynásobená počtem sekund za 365 dní, což je přibližně 9 a půl miliardy kilometrů.

Pro účely srovnání je vzdálenost od Slunce k Zemi 8,5 světelných minut, asi 150 milionů kilometrů, což je zhruba ekvivalent k jedné AU nebo astronomické jednotce, což je užitečné při měření v Sluneční soustavě. Další nejbližší hvězdou Slunce je Proxima Centauri za 4,2 světelných let.

AU dává vzniknout další široce používané jednotce: parsec nebo paralaxa oblouku sekundy. To, že bod je ve vzdálenosti parsek, znamená, že jeho paralaxa se rovná 1 obloukové sekundě mezi Zemí a Sluncem. Následující obrázek to objasňuje:

Obrázek 2. Schéma pro definování parsec. Zdroj: Wikimedia Commons. Kes47 (?).

Velikost, pohyb a chemické složení

Velikosti galaxií jsou velmi rozmanité, od tak malých, že sotva mají tisíc hvězd, až po obří eliptické galaxie, o nichž si podrobně pohovoříme později.

Takže naše Mléčná dráha má průměr asi 100 000 světelných let, což je velká galaxie, ale ne největší. NGC 6872 má průměr 520 000 světelných let, což je přibližně pětinásobek průměru Mléčné dráhy a je to dosud největší spirální galaxie.

Galaxie nejsou statické. Obecně řečeno, hvězdy a mraky plynu a prachu mají rotační pohyby kolem středu, ale ne všechny části galaxie se otáčí stejnou rychlostí. Hvězdy ve středu rotují rychleji než vnější, v tzv. Diferenciální rotaci.

Pokud jde o chemické složení, nejběžnějšími prvky ve vesmíru jsou vodík a helium. Uvnitř hvězd, jako jaderný fúzní reaktor, jsou nejtěžší prvky, které známe, vytvářeny periodickou tabulkou.

Barva a jas galaxií se v průběhu času mění. Mladší galaxie jsou modřejší a jasnější než ty starší.

Galaxie ve tvaru elipsy mají sklon k červené, s četnými staršími hvězdami, zatímco nepravidelné jsou nejmodřejší. V galaxiích ve tvaru spirály je modrá soustředěna směrem ke středu a červená směrem k okraji.

Složky galaxií

Při pozorování galaxie lze identifikovat následující struktury, které jsou přítomny v Mléčné dráze, která byla vzata jako model, protože je nejlépe studována:

Disco a halo

Dvě základní struktury naší galaxie jsou disk a halo. Disk je ve střední rovině definované galaxií a obsahuje velké množství mezihvězdného plynu, který dává vzniknout novým hvězdám. Obsahuje také staré hvězdy a otevřené shluky - špatně strukturované seskupení hvězd.

Je třeba poznamenat, že ne všechny galaxie mají stejnou rychlost formování hvězd. Předpokládá se, že eliptické galaxie mají mnohem nižší rychlost, na rozdíl od spirál.

Slunce se nachází v galaktickém disku Mléčné dráhy, v rovině symetrie a stejně jako všechny hvězdy na disku obíhá kolem galaxie po dráze přibližně kruhové a kolmé k galaktické ose rotace. Dokončení jedné oběžné dráhy trvá přibližně 250 milionů let.

Halogen pokrývá galaxii méně hustým sféroidním objemem, protože se jedná o oblast s mnohem menším množstvím prachu a plynu. Obsahuje kulovité shluky, hvězdy seskupené působením gravitace a mnohem starší než disk, jednotlivé hvězdy a také tzv. Temnou hmotu.

Temná hmota je druh hmoty, jejíž podstata není známa. Za své jméno vděčí skutečnosti, že nevyzařuje elektromagnetické záření, a jeho existence byla navržena k vysvětlení skutečnosti, že hvězdy se pohybují rychleji, než se očekávalo.

Rychlost, kterou se hvězda pohybuje ve vztahu ke středu galaxie, závisí na tom, jak je hmota distribuována, protože právě díky gravitační přitažlivosti hvězda zůstává na oběžné dráze. Rychlejší rychlost znamená, že je více věcí, které nelze vidět: temná hmota.

Žárovka, galaktické jádro a tyč

Kromě disku a halou je v galaxii také boule, centrální boule nebo galaktické jádro, kde je větší hustota hvězd, a proto jsou velmi světelné.

Jeho tvar je přibližně kulovitý - ačkoli tvar Mléčné dráhy je spíše jako arašíd - a v jeho středu je jádro tvořené černou dírou, což je skutečnost, která se zdá být běžná v mnoha galaxiích, zejména v ty spirály.

Předměty, které jsou v blízkosti jádra, se otáčejí, jak jsme řekli, mnohem rychleji než ty, které jsou dále. Tam je rychlost úměrná vzdálenosti do středu.

Některé spirálové galaxie, jako je ta naše, mají tyč, strukturu, která prochází středem a ze které se vynořují spirálové paže. Existuje spíš galaxie s neuzavřenými spirálovými galaxiemi.

Předpokládá se, že tyčinky umožňují přepravu hmoty z konců do baňky, zahušťují ji tím, že podporují tvorbu hvězd v jádru.

Obrázek 3. Složky Mléčné dráhy. Slunce je v jedné z paží a má rotační pohyb kolem středu galaxie, stejně jako vertikální pohyb. Zdroj: Wikimedia Commons.

Druhy galaxií

První věcí, kterou oceníte při pozorování galaxií dalekohledem, je jejich tvar. Například velká galaxie Andromeda má tvar spirály, zatímco její společník NGC 147 je eliptický.

Klasifikační systém galaxie je založen na tvaru, který mají, a dnes nejpoužívanějším je Hubbleova ladička nebo sekvence, vytvořená kolem roku 1926 Edwinem Hubbleem, a později upravenou sám sebou a dalšími astronomy, jak se objevily nové informace.

Hubble navrhl schéma ve víře, že představoval jakýsi vývoj galaxie, ale dnes je známo, že tomu tak není. Dopisy se používají v sekvenci pro označení galaxií: E pro eliptické galaxie, S pro spirálové galaxie a Irr pro nepravidelně tvarované.

Obrázek 4. Rozbočovací vidlice Hubble. Zdroj: Wikimedia Commons.

Eliptické galaxie

Vlevo na krku ladičky jsou eliptické galaxie představované písmenem E. Hvězdy, které je tvoří, jsou rozděleny víceméně rovnoměrně.

Číslo, které doprovází dopis, ukazuje, jak eliptická je galaxie - elipticita - počínaje E0, která je nejsféričtější, až po E7, která je nejvíce zploštělá. Nebyly pozorovány žádné galaxie s elipticitou větší než 7. Označení tohoto parametru jako є:

Є = 1 - (β / ɑ)

S α a β jako zdánlivou hlavní a vedlejší poloosou elipsy. Tato informace je však relativní, protože máme pouze pohled ze Země. Například není možné vědět, zda je galaxie zobrazená na okraji eliptická, lentikulární nebo spirální.

Obří eliptické galaxie patří mezi největší objekty ve vesmíru. Jsou nejjednodušší pozorovat, i když mnohem menší verze, nazývané trpasličí eliptické galaxie, jsou mnohem hojnější.

Obrázek 5. Eliptická galaxie NGC 1316, v souhvězdí Fornax, sloučení s jinou menší galaxií. Zdroj: Obrazový kredit: NASA / JPL-Caltech / CTIO.

Lentikulární a spirálové galaxie

Čočkovité galaxie jsou diskového tvaru, bez spirálových ramen, ale mohou být zakázány. Jejich nomenklatura je S0 nebo SB0 a jsou napravo od vidlice obrázku. V závislosti na množství prachu (vysoce absorpční zóny) na disku se dělí na S01, SB01 až S03 a SB03.

Galaxie S jsou správné spirální galaxie, zatímco SB jsou spirálovité galaxie se zápletkou, protože se zdá, že spirály vyčnívají z tyče skrz centrální bouli. Drtivá většina galaxií má tento tvar.

Obě třídy galaxií se zase vyznačují mírou lehkosti spirálních ramen a jsou označeny malými písmeny. Ty jsou určeny porovnáním velikosti největšího vydutí s délkou disku: L vydutí / L disku.

Obrázek 6. Krásná spirální galaxie Andromedy v souhvězdí Cassiopea. Zdroj: Wikimedia Commons Obrázek z NASA).

Například, jestliže tento kvocient je ≈ 0,3, jsou galaxie označeny jako Sa, pokud je to jednoduchá spirála, nebo SBa, pokud je zakázána. V těchto se spirály zdají být přísnější a koncentrace hvězd v náručí je jemnější.

Jak sekvence pokračuje doprava, spirály vypadají volnější. Poměr vydutí / disk pro tyto galaxie je: L vydutí / L disk ≈ 0,05.

Pokud má galaxie střední vlastnosti, lze přidat až dvě malá písmena. Například Mléčná dráha je někteří klasifikována jako SBbc.

Nepravidelné galaxie

Jedná se o galaxie, jejichž tvar neodpovídá žádné ze vzorů popsaných výše.

Hubble sám je rozdělil do dvou skupin: Irr I a Irr II, kde první z nich jsou organizovány jen nepatrně organizovaněji než druhé, protože mají něco, co připomíná tvar spirálních paží.

Dalo by se říci, že Irr II galaxie jsou amorfní a nemají rozeznatelnou vnitřní strukturu. Irr I i Irr II jsou obvykle menší než eliptické galaxie nebo majestátní spirální galaxie. Někteří autoři je raději označují jako trpasličí galaxie. Mezi nejznámější nepravidelné galaxie patří sousední Magellanova mračna, klasifikovaná jako Irr I.

Obrázek 7. Nepravidelná galaxie NGC 5408, objevená v souhvězdí Centaurus Johnem Herschelem v roce 1834. Nejprve se považovalo za planetární mlhovinu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Po vydání Hubbleovy sekvence francouzský astronom Gerard de Vaucouleurs (1918–1995) navrhl odstranit nomenklaturu Irr I a Irr II a nazvat Irr I, které mají nějaké spirálové zbraně, jako Sd - SBd galaxie, Sm - SBm nebo Im ("m" je pro Magellanovu galaxii).

Nakonec se galaxie, jejichž tvar je skutečně nepravidelný a bez náznaku spirály, jednoduše nazývají Go. Díky tomu zůstala moderní klasifikace takto:

Jak se formují galaxie?

Formace galaxií je dnes předmětem aktivní diskuse. Kosmologové věří, že raný vesmír byl docela temný, plný mraků plynu a temné hmoty. Je to kvůli teorii, že první hvězdy vznikly během několika stovek milionů let po Velkém třesku.

Jakmile je zaveden mechanismus výroby hvězd, ukáže se, že má vzestupy i klesání. A protože hvězdy tvoří galaxie, existují různé mechanismy, které vedou k tvorbě galaxií.

Gravitační přitažlivost je pravěká síla, která uvádí do pohybu tvorbu kosmických objektů. Malá akumulace hmoty v určitém okamžiku přitahuje více hmoty a začíná se hromadit.

Předpokládá se, že Mléčná dráha začala tímto způsobem: malé hromadění hmoty, které nakonec dalo vzniknout kulovitým shlukům halo, mezi nimiž jsou nejstarší hvězdy v galaxii.

Rotace je vlastní hromadění hmoty, která následovala po tomto počátečním období tvorby hvězd. A s rotací se vytvoří úhlová hybnost, jejíž ochrana vyvolala zhroucení kulové hmoty, která ji přeměnila na plochý disk.

Velikost galaxií se může zvětšit sloučením s jinými menšími galaxiemi. Toto je dnes považováno za případ Mléčné dráhy a jejích menších sousedů, Magellanových mraků.

Další fúzí očekávanou ve velmi vzdálené budoucnosti je střet s Andromedou, který se na rozdíl od většiny galaxií uzavírá. Andromeda je v současné době vzdálená 2,2 milionu světelných let.

Kolik galaxií je ve vesmíru?

Přestože většina prostoru je prázdná, podle některých odhadů existují miliony galaxií, z nichž asi 100 bilionů. Jiní odhadují 2 biliony galaxií. Většina vesmíru zůstává neprozkoumaná a na tuto otázku neexistuje přesná odpověď.

Hubbleův kosmický dalekohled našel za pouhých 12 dní 10 000 galaxií nejrůznějších forem. Skutečný celkový počet galaxií ve vesmíru není znám. Při pozorování dalekohledem je třeba zdůraznit, že jdete dále nejen v dálce, ale také v čase.

Sluneční světlo, které vidíme, trvalo nám 8,5 minut. Pohled na Andromedu, který pozorujeme dalekohledem, je před 2,2 miliony let. Proto to, co vidíme ze Země, je v dosahu pozorovatelného vesmíru. Prozatím neexistuje způsob, jak zjistit, co leží dál.

Jedním ze způsobů, jak odhadnout, kolik galaxií je v pozorovatelném vesmíru, je pořizovat snímky z Hubbleova nebo XDF, které představují malou oblast nebeské sféry.

V jednom takovém záběru bylo nalezeno 5500 galaxií ve vzdálenosti 13,2 miliardy světelných let. Vynásobením této hodnoty množstvím XDF pro celou nebeskou sféru odhadli zmíněné 100 000 milionů galaxií.

Všechno naznačuje, že v dřívějších dobách existovalo více galaxií, než je tomu nyní, ale menší, modrý a nepravidelnější tvar než elegantní spirální galaxie, které dnes vidíme.

Příklady galaxií

Přes jejich obrovskou velikost, galaxie nejsou osamělé, ale spíše jsou seskupeny do hierarchických struktur.

Mléčná dráha patří do tzv. Místní skupiny, ve které jsou všichni členové - asi 54 - ve vzdálenosti ne větší než 1 mega-parsec. Pak hustota galaxií klesá, dokud se neobjeví další klastr podobný místní skupině.

Mezi obrovskou rozmanitostí nalezených galaxií stojí za zmínku některé překvapivé příklady jejich zvláštností:

Obří eliptické galaxie

Největší dosud nalezené galaxie jsou ve středu shluků galaxií. Jsou to obrovské eliptické galaxie, jejichž gravitace přitahuje jiné galaxie a pohlcuje je. V těchto galaxiích je rychlost tvorby hvězd velmi nízká, takže aby se neustále rozrůstaly, zachycují ostatní.

Aktivní galaxie

Aktivní galaxie, na rozdíl od běžnějších a tichších galaxií, jako je Mléčná dráha, vyzařují frekvence velmi vysoké energie, mnohem vyšší než ty, které vyzařují jádra hvězd, běžné v jakékoli galaxii.

Tyto vysokoenergetické frekvence, jejichž síla je ekvivalentní miliardám sluncí, vycházejí z jádra objektů, jako jsou kvazary, objevené v roce 1963. Kvazar, jeden z nejjasnějších objektů ve vesmíru, je překvapivě schopen udržet tuto rychlost po miliony let.

Seyfertovy galaxie jsou dalším příkladem aktivních galaxií. Dosud bylo objeveno několik stovek. Jádro emituje vysoce ionizované záření, proměnlivé v čase.

Obrázek 8. Galaxie Seyfert M 106. Zdroj: Wikimedia Commons. Rentgen: NASA / CXC / Univ. of Maryland / AS Wilson a kol.; Optické: Pal.Obs. DSS; IR: NASA / JPL-Caltech; VLA: NRAO / AUI / NSF

Předpokládá se, že v blízkosti centra se k centrální černé díře vrhá obrovské množství plynného materiálu. Ztráta hmoty uvolňuje sálavou energii v rentgenovém spektru.

Rádiové galaxie jsou eliptické galaxie, které vyzařují velké množství rádiových frekvencí, deset tisíckrát více než běžné galaxie. V těchto galaxiích existují zdroje - rádiové laloky - spojené vlákny hmoty s galaktickým jádrem, které emitují elektrony v přítomnosti intenzivního magnetického pole.

Reference

1. Carroll, B. Úvod do moderní astrofyziky. 2. Edice. Pearson. 874-1037.
2. Galaxie. Obnoveno z: es.wikipedia.org
3. Jak to funguje. 2016. Book of Space. 8. Ed. Imagine Publishing Ltd. 134-150.
4. Galaxie. Získáno z: astrofisica.cl/astronomiaparatodos.
5. Oster, L. 1984. Modern Astronomy. Redakční reverté. 315-394.
6. Pasachoff, J. 1992. Hvězdy a planety. Peterson Field Guides. 148-154.
7. Quora. Kolik galaxií je? Obnoveno z: es.quora.com.
8. Pravítko k měření vesmíru. Obnoveno z: henrietta.iaa.es
9. Co je to galaxie? Citováno z: spaceplace.nasa.gov.