Galaksilerin hayatı ve çalışmalarının tarihi

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Gezegenlerin ve yıldızların çalışmasının tarihi, yüzyıllarda bin yıl, Güneş, kuyruklu yıldızlar, asteroitler ve göktaşları ile ölçülür. Ancak Evrene dağılmış galaksiler, yıldız kümeleri, kozmik gaz ve toz parçacıkları, ancak 1920'lerde bilimsel araştırmaların konusu oldu.

Galaksiler çok eski zamanlardan beri gözlemlenmiştir. Keskin görüşlü bir kişi, gece gökyüzündeki süt damlalarına benzer şekilde hafif noktaları ayırt edebilir. 10. yüzyılda, Pers gökbilimci Abd-al-Raman al-Sufi, Sabit Yıldızlar Kitabında, şimdi Büyük Macellan Bulutu ve M31 galaksisi, diğer adıyla Andromeda olarak bilinen iki benzer noktadan bahsetti.

Teleskopların ortaya çıkmasıyla birlikte, gökbilimciler bulutsu adı verilen bu nesneleri giderek daha fazla gözlemlediler. İngiliz astronom Edmund Halley 1716'da yalnızca altı bulutsu listelediyse, o zaman Fransız deniz astronomu Charles Messier tarafından 1784'te yayınlanan katalog zaten 110'u ve bunların arasında dört düzine gerçek galaksiyi (M31 dahil) içeriyordu.

1802'de William Herschel 2.500 bulutsudan oluşan bir liste yayınladı ve oğlu John 1864'te 5.000'den fazla bulutsudan oluşan bir katalog yayınladı.

En yakın komşumuz Andromeda galaksisi (M31), amatör astronomik gözlemler ve fotoğrafçılık için gözde gök cisimlerinden biridir.

Bu nesnelerin doğası uzun süredir anlaşılmamıştır. 18. yüzyılın ortalarında, bazı sağduyulu beyinler onlarda Samanyolu'na benzer yıldız sistemleri gördü, ancak o zamandaki teleskoplar bu hipotezi test etme fırsatı vermedi.

Bir asır sonra, her bulutsunun genç bir yıldız tarafından içeriden aydınlatılan bir gaz bulutu olduğu görüşü hakim oldu. Daha sonra astronomlar, Andromeda da dahil olmak üzere bazı bulutsuların birçok yıldız içerdiğine ikna oldular, ancak uzun bir süre onların Galaksimizde mi yoksa ötesinde mi oldukları net değildi.

Edwin Hubble, Dünya'dan Andromeda'ya olan mesafenin Samanyolu'nun çapının en az üç katı (aslında yaklaşık 20 katı) olduğunu ve Messier kataloğundan başka bir bulutsu olan M33'ün hiçbir şey olmadığını ancak 1923-1924'te belirledi. bizden daha az uzakta. mesafe. Bu sonuçlar, yeni bir bilimsel disiplinin - galaktik astronominin - başlangıcını işaret ediyordu.

1926'da ünlü Amerikalı astronom Edwin Powell Hubble galaksileri morfolojilerine göre sınıflandırmasını önerdi (ve 1936'da modernize etti). Karakteristik şekli nedeniyle bu sınıflandırmaya "Hubble Ayar Çatalı" da denir.

Titreşim çatalının "gövdesinde" eliptik gökadalar, çatalın uçlarında kolsuz merceksi gökadalar ve çubuk köprüsü olmayan ve çubuklu sarmal gökadalar vardır. Listelenen sınıflardan biri olarak sınıflandırılamayan galaksilere düzensiz veya düzensiz denir.

Cüceler ve devler

Evren, farklı büyüklük ve kütlelerde galaksilerle doludur. Sayıları yaklaşık olarak bilinmektedir. 2004 yılında, Hubble yörüngeli teleskop üç buçuk ayda yaklaşık 10.000 gökada keşfetti ve güney takımyıldızı Fornax'ta ay diskinin alanından yüz kat daha küçük bir gökyüzü bölgesini taradı.

Galaksilerin gök küresi üzerinde aynı yoğunlukta dağıldığını varsayarsak, gözlenen uzayda 200 milyar olduğu ortaya çıkar. Ancak, teleskop çok çok sönük galaksileri fark edemediği için bu tahmin büyük ölçüde hafife alınmaktadır..

Biçim ve içerik

Galaksiler ayrıca morfoloji (yani şekil) bakımından da farklılık gösterir. Genel olarak disk şeklinde, eliptik ve düzensiz (düzensiz) olmak üzere üç ana sınıfa ayrılırlar. Bu genel bir sınıflandırmadır, çok daha detaylı olanları vardır.

Galaksiler, uzayda hiç de rastgele dağılmamıştır. Büyük gökadalar genellikle küçük uydu gökadalarla çevrilidir. Hem Samanyolu'muz hem de komşu Andromeda'mız en az 14 uyduya sahiptir ve büyük olasılıkla daha birçokları vardır. Galaksiler, kütleçekimsel olarak bağlı düzinelerce ortaktan oluşan çiftler, üçüzler ve daha büyük gruplar halinde birleşmeyi severler.

Daha büyük dernekler, galaktik kümeler, yüzlerce ve binlerce galaksiyi içerir (bu tür kümelerin ilki Messier tarafından keşfedilmiştir). Zaman zaman, kümenin merkezinde, daha küçük gökadaların birleşmesi sırasında ortaya çıktığına inanılan, özellikle parlak bir dev gökada gözlenir.

Son olarak, hem galaktik kümeleri hem de grupları ve bireysel galaksileri içeren üstkümeler de vardır. Genellikle bunlar yüzlerce megaparsek uzunluğa kadar uzun yapılardır. Aynı boyuttaki neredeyse tamamen galaksi içermeyen boşluklarla ayrılırlar.

Üstkümeler artık daha yüksek düzeydeki herhangi bir yapıda organize değildir ve Kozmos'a rastgele bir şekilde dağılmıştır. Bu nedenle, birkaç yüz megaparsek ölçeğinde Evrenimiz homojen ve izotropiktir.

Disk şeklindeki bir gökada, geometrik merkezinden geçen bir eksen etrafında dönen bir yıldız gözlemesidir. Genellikle gözleme merkezi bölgesinin her iki tarafında oval bir çıkıntı vardır (İngiliz çıkıntısından). Çıkıntı da döner, ancak diskten daha düşük bir açısal hız ile. Disk düzleminde, nispeten genç parlak armatürlerde bol miktarda bulunan spiral dallar sıklıkla gözlenir. Bununla birlikte, bu tür yıldızların çok daha az olduğu, sarmal yapısı olmayan galaktik diskler vardır.

Disk şeklindeki bir galaksinin merkezi bölgesi, bir yıldız çubuğu - bir çubuk ile kesilebilir. Diskin içindeki boşluk, yeni yıldızlar ve gezegen sistemleri için kaynak malzeme olan bir gaz ve toz ortamı ile doldurulur. Galaksinin iki diski vardır: yıldız ve gaz.

Galaktik bir hale ile çevrilidirler - galaksinin toplam kütlesine ana katkıyı yapan, nadir görülen sıcak gaz ve karanlık maddeden oluşan küresel bir bulut. Halo ayrıca bireysel yaşlı yıldızları ve 13 milyar yaşına kadar olan küresel yıldız kümelerini (küresel kümeler) içerir. Neredeyse tüm disk şeklindeki galaksilerin merkezinde, şişkinlik olsun ya da olmasın, süper kütleli bir kara delik var. Bu türdeki en büyük galaksilerin her biri 500 milyar yıldız içerir.

Samanyolu

Güneş, 200-400 milyar yıldız içeren oldukça sıradan bir sarmal gökadanın merkezi etrafında dönmektedir. Çapı yaklaşık 28 kiloparsektir (90 ışıkyılının biraz üzerinde). Solar galaksiler arası yörüngenin yarıçapı 8,5 kiloparsek'tir (böylece yıldızımız galaktik diskin dış kenarına kaydırılır), Galaksinin merkezi etrafındaki tam bir devrimin süresi yaklaşık 250 milyon yıldır.

Samanyolu'nun çıkıntısı elips şeklindedir ve yakın zamanda keşfedilen bir çubuğu vardır. Çıkıntının merkezinde, birkaç milyon yıldan bir milyar ve daha eskiye kadar çeşitli yaşlardaki yıldızlarla dolu kompakt bir çekirdek bulunur. Çekirdeğin içinde, yoğun tozlu bulutların arkasında, galaktik standartlara göre oldukça mütevazı bir kara delik var - sadece 3,7 milyon güneş kütlesi.

Galaksimiz çift yıldız diske sahiptir. Dikey olarak 500 parsekten fazla olmayan iç disk, tüm genç parlak yıldızlar da dahil olmak üzere disk bölgesindeki yıldızların %95'ini oluşturur. Daha yaşlı yıldızların yaşadığı 1.500 parsek kalınlığında bir dış diskle çevrilidir. Samanyolu'nun gazlı (daha doğrusu gaz tozu) diski en az 3.5 kiloparsek kalınlığındadır. Diskin dört sarmal kolu, gaz-toz ortamının yoğunluğunun arttığı bölgelerdir ve en büyük kütleli yıldızların çoğunu içerir.

Samanyolu'nun halesinin çapı, diskin çapının en az iki katıdır. Orada yaklaşık 150 küresel küme keşfedildi ve büyük olasılıkla yaklaşık elli tane daha keşfedilmedi. En eski kümeler 13 milyar yaşın üzerindedir. Halo, topaklı bir yapıya sahip karanlık madde ile doldurulur.

Yakın zamana kadar, halenin neredeyse küresel olduğuna inanılıyordu, ancak en son verilere göre önemli ölçüde düzleştirilebilir. Galaksinin toplam kütlesi 3 trilyon güneş kütlesine kadar çıkabilir ve karanlık madde %90-95'ini oluşturur. Samanyolu'ndaki yıldızların kütlesinin Güneş'in kütlesinin 90-100 milyar katı olduğu tahmin ediliyor.

Eliptik bir gökada, adından da anlaşılacağı gibi, elipsoidaldir. Bir bütün olarak dönmez ve bu nedenle eksenel simetriye sahip değildir. Çoğunlukla nispeten düşük bir kütleye ve kayda değer bir yaşa sahip olan yıldızları, galaktik merkezin etrafında farklı düzlemlerde ve bazen tek tek değil, oldukça uzun zincirler halinde döner.

Eliptik galaksilerdeki yeni armatürler, hammadde eksikliği - moleküler hidrojen nedeniyle nadiren yanar.

İnsanlar gibi, galaksiler de birlikte gruplandırılmıştır. Yerel Grubumuz, yaklaşık 3 megaparsek civarındaki en büyük iki gökadayı içerir - Samanyolu ve Andromeda (M31), Üçgen gökadası ve bunların uyduları - Büyük ve Küçük Macellan Bulutları, Canis Major, Pegasus'taki cüce gökadalar, Carina, Sextant, Phoenix ve diğerleri - toplamda yaklaşık elli. Yerel grup, sırayla, yerel Başak Üstkümesinin bir üyesidir.

Hem en büyük hem de en küçük gökadalar eliptik tiptedir. Temsilcilerinin Evrenin galaktik popülasyonundaki toplam payı sadece %20'dir. Bu galaksiler (muhtemel en küçük ve en sönük olanlar hariç), merkez bölgelerinde süper kütleli kara delikler de gizler. Eliptik gökadaların da haleleri vardır, ancak disk şeklindeki gökadalar kadar net değildir.

Diğer tüm galaksiler düzensiz olarak kabul edilir. Çok fazla toz ve gaz içerirler ve aktif olarak genç yıldızlar üretirler. Samanyolu'ndan orta mesafelerde bu tür birkaç gökada var, sadece %3.

Bununla birlikte, ışığı Büyük Patlama'dan en geç 3 milyar yıl sonra yayılan büyük bir kırmızıya kayma olan nesneler arasında payları keskin bir şekilde artar. Görünüşe göre, ilk neslin tüm yıldız sistemleri küçüktü ve düzensiz anahatlara sahipti ve büyük disk şeklinde ve eliptik galaksiler çok daha sonra ortaya çıktı.

galaksilerin doğuşu

Yıldızlardan hemen sonra galaksiler doğdu. İlk armatürlerin Büyük Patlama'dan en geç 150 milyon yıl sonra parladığına inanılıyor. Ocak 2011'de, Hubble Uzay Teleskobu'ndan bilgi işleyen bir gökbilimciler ekibi, ışığı Büyük Patlama'dan 480 milyon yıl sonra uzaya giden bir galaksinin muhtemel gözlemini bildirdi.

Nisan ayında, başka bir araştırma ekibi, genç evren yaklaşık 200 milyon yaşındayken, büyük olasılıkla zaten tam olarak oluşmuş bir galaksi keşfetti.

Yıldızların ve galaksilerin doğum koşulları, başlamadan çok önce ortaya çıktı. Evren 400.000 yılı geçtiğinde, uzaydaki plazmanın yerini nötr helyum ve hidrojen karışımı aldı. Bu gaz, yıldızları oluşturan moleküler bulutlarda birleşemeyecek kadar sıcaktı.

Bununla birlikte, başlangıçta uzayda oldukça eşit olmayan - biraz daha yoğun olduğu, daha seyrek olduğu yerde dağılmış karanlık madde parçacıklarına bitişikti. Baryonik gazla etkileşime girmediler ve bu nedenle karşılıklı çekim etkisi altında, artan yoğunluk bölgelerine serbestçe çöktüler.

Model hesaplamalarına göre, Big Bang'den sonraki yüz milyon yıl içinde, uzayda mevcut güneş sistemi büyüklüğünde karanlık madde bulutları oluştu. Alanın genişlemesine rağmen daha büyük yapılarda birleştiler. Karanlık madde bulut kümeleri ve ardından bu kümelerin kümeleri böyle ortaya çıktı. Uzay gazını emdiler, kalınlaşmasına ve çökmesine izin verdiler.

Bu şekilde, hızla süpernovaya dönüşen ve geride kara delikler bırakan ilk süper kütleli yıldızlar ortaya çıktı. Bu patlamalar, uzayı helyumdan daha ağır elementlerle zenginleştirdi, bu da çöken gaz bulutlarının soğumasına yardımcı oldu ve dolayısıyla daha az kütleli ikinci nesil yıldızların ortaya çıkmasını mümkün kıldı.

Bu tür yıldızlar milyarlarca yıldır var olabilir ve bu nedenle (yine karanlık maddenin yardımıyla) yerçekimsel olarak bağlı sistemler oluşturabildiler. Bizimki de dahil olmak üzere uzun ömürlü galaksiler böyle ortaya çıktı.

John Kormendy, "Galaktogenezin ayrıntılarının çoğu hala sisin içinde gizlidir" diyor. - Özellikle, bu kara deliklerin rolü için geçerlidir. Kütleleri, on binlerce güneş kütlesinden, Güneş'ten 53,5 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan eliptik gökada M87'nin merkezinden bir kara deliğe ait olan 6,6 milyar güneş kütlesinin mevcut mutlak kaydına kadar değişir.

Eliptik gökadaların merkezlerindeki delikler genellikle eski yıldızlardan oluşan çıkıntılarla çevrilidir. Sarmal gökadaların hiç çıkıntısı olmayabilir veya düz benzerlikleri, sözde çıkıntıları olabilir. Bir kara deliğin kütlesi genellikle şişkinliğin kütlesinden üç kat daha azdır - eğer varsa, doğal olarak. Bu model, bir milyondan bir milyar güneş kütlesine kadar kütleye sahip delikleri kapsayan gözlemlerle doğrulanır."

Profesör Kormendy'ye göre, galaktik kara delikler iki şekilde kütle kazanıyor. Tam teşekküllü bir çıkıntı ile çevrili olan delik, gökadanın dış bölgesinden çıkıntıya gelen gazın emilmesi nedeniyle büyür. Galaksilerin birleşmesi sırasında, bu gazın içeri akışının yoğunluğu keskin bir şekilde artar ve bu da kuasar patlamalarını başlatır.

Sonuç olarak, çıkıntılar ve delikler paralel olarak gelişir, bu da kütleleri arasındaki ilişkiyi açıklar (ancak, henüz bilinmeyen başka mekanizmalar da işe yarayabilir).

Pittsburgh Üniversitesi, UC Irvine ve Florida Atlantik Üniversitesi'nden araştırmacılar, Samanyolu ile Yay Cüce Eliptik Gökadasının (SagDEG) öncülü Yay'ın çarpışmasını modellediler.

Çarpışmalar için iki seçeneği analiz ettiler - kolay (3x10)¹⁰güneş kütleleri) ve ağır (10¹¹ güneş kütleleri) SagDEG. Şekil, bir cüce gökada ile etkileşim olmadan ve SagDEG'in hafif ve ağır varyantı ile etkileşim olmadan Samanyolu'nun 2,7 milyar yıllık evriminin sonuçlarını göstermektedir.

Kel olmayan galaksiler ve sahte çıkıntılı galaksiler farklı bir konudur. Deliklerinin kütleleri genellikle 104-106 güneş kütlesini geçmez. Profesör Kormendy'ye göre, deliğin yakınında meydana gelen rastgele süreçler nedeniyle gazla besleniyorlar ve tüm galaksiye yayılmıyorlar. Böyle bir delik, galaksinin evriminden veya kütleleri arasındaki korelasyon eksikliğini açıklayan sözde şişkinliğinden bağımsız olarak büyür.

Büyüyen galaksiler

Galaksiler hem boyut hem de kütle olarak artabilir. Santa Cruz California Üniversitesi'nde astronomi ve astrofizik profesörü olan Garth Illingworth, "Uzak geçmişte, galaksiler bunu son kozmolojik çağlardan çok daha verimli bir şekilde yaptı" diye açıklıyor. - Yeni yıldızların doğum hızı, uzayın birim hacmi başına (genellikle bir kübik megaparsek) bir birim yıldız maddesinin (bu kapasitede, Güneş'in kütlesi) yıllık üretimi cinsinden tahmin edilir.

İlk galaksilerin oluşumu sırasında, bu rakam çok küçüktü ve daha sonra hızla büyümeye başladı ve bu, Evren 2 milyar yaşına kadar devam etti. 3 milyar yıl daha nispeten sabitti, sonra zamanla neredeyse orantılı olarak azalmaya başladı ve bu düşüş bugüne kadar devam ediyor. Yani 7-8 milyar yıl önce, ortalama yıldız oluşum hızı şimdikinin 10-20 katıydı. Gözlenebilir galaksilerin çoğu, bu uzak çağda zaten tam olarak oluşmuştu."

Şekil, farklı zamanlardaki evrimin sonuçlarını göstermektedir - ilk konfigürasyon (a), 0, 9 (b), 1, 8 © ve 2, 65 milyar yıl (d) sonra. Model hesaplamalarına göre, Samanyolu'nun çubuk ve sarmal kolları, başlangıçta 50-100 milyar güneş kütlesi çeken SagDEG ile çarpışmalar sonucunda oluşmuş olabilir.

Galaksimizin diskinden iki kez geçti ve (hem sıradan hem de karanlık) maddesinin bir kısmını kaybetti ve yapısında bozulmalara neden oldu. SagDEG'nin mevcut kütlesi on milyonlarca güneş kütlesini geçmiyor ve en geç 100 milyon yıl sonra beklenen bir sonraki çarpışma büyük olasılıkla onun için son olacak.

Genel anlamda, bu eğilim anlaşılabilir. Galaksiler iki ana yolla büyürler. İlk olarak, çevredeki uzaydan gaz ve toz parçacıklarını çekerek taze yıldız patlaması malzemesi elde ederler. Big Bang'den sonraki birkaç milyar yıl boyunca, bu mekanizma düzgün bir şekilde çalıştı çünkü uzayda herkese yetecek kadar yıldız hammaddesi vardı.

Ardından, rezervler tükendiğinde, yıldız doğum oranı düştü. Bununla birlikte, galaksiler çarpışmalar ve birleşmeler yoluyla bunu artırma yeteneğini bulmuşlardır. Doğru, bu seçeneğin gerçekleşmesi için çarpışan galaksilerin yeterli miktarda yıldızlararası hidrojen kaynağına sahip olması gerekiyor. Büyük eliptik gökadalar için, neredeyse ortadan kalktığı yerlerde, birleştirme yardımcı olmaz, ancak diskoid ve düzensiz gökadalarda işe yarar.

çarpışma rotası

Yaklaşık olarak aynı disk tipi iki gökada birleştiğinde ne olacağını görelim. Yıldızları neredeyse hiç çarpışmaz - aralarındaki mesafe çok büyüktür. Bununla birlikte, her galaksinin gaz diski, komşusunun yerçekimi nedeniyle gelgit kuvvetleri yaşıyor. Diskin baryonik maddesi açısal momentumun bir kısmını kaybeder ve yıldız oluşum oranında patlayıcı bir büyüme için koşulların ortaya çıktığı galaksinin merkezine kayar.

Bu maddenin bir kısmı da kütle kazanan kara delikler tarafından emilir. Galaksilerin birleşmesinin son aşamasında kara delikler birleşir ve her iki galaksinin yıldız diskleri eski yapılarını kaybederek uzaya dağılır. Sonuç olarak, bir çift sarmal gökadadan bir eliptik oluşur. Ancak bu hiçbir şekilde resmin tamamı değildir. Genç parlak yıldızlardan gelen radyasyon, yeni doğan galaksideki hidrojenin bir kısmını havaya uçurabilir.

Aynı zamanda, gazın karadeliğe aktif olarak eklenmesi, karadeliğin zaman zaman devasa enerji parçacıklarının jetlerini uzaya fırlatmasını, galaksideki gazı ısıtmasını ve böylece yeni yıldızların oluşumunu engellemesini sağlar. Galaksi yavaş yavaş sessizleşiyor - büyük olasılıkla sonsuza kadar.

Farklı büyüklükteki galaksiler farklı şekilde çarpışır. Büyük bir gökada, bir cüce gökadayı (bir kerede veya birkaç adımda) yutabilir ve aynı zamanda kendi yapısını koruyabilir. Bu galaktik yamyamlık da yıldız oluşumunu teşvik edebilir.

Cüce galaksi tamamen yok olur ve geride hem Galaksimizde hem de komşu Andromeda'da gözlenen yıldız zincirlerini ve kozmik gaz jetlerini bırakır. Çarpışan gökadalardan biri diğerinden çok üstün değilse, daha da ilginç etkiler mümkündür.

Süper teleskopu bekliyorum

Galaktik astronomi neredeyse bir asır hayatta kaldı. Pratik olarak sıfırdan başladı ve çok şey başardı. Ancak çözülmemiş sorunların sayısı oldukça fazladır. Bilim insanları, 2021'de fırlatılması planlanan James Webb Kızılötesi Yörüngeli Teleskopu'ndan çok şey bekliyor.