To jest nasza Galaktyka – Droga Mleczna. Ma około 12 miliardów lat. Galaktyka jest ogromnym dyskiem z gigantycznymi ramionami spiralnymi i zgrubieniem w środku. Takich galaktyk w kosmosie jest niezliczona ilość. - Po pierwsze, Galaktyka to duża gromada gwiazd. Średnio zawiera sto miliardów gwiazd. To prawdziwy inkubator gwiazd – miejsce, w którym rodzą się i umierają gwiazdy. Gwiazdy w galaktyce pojawiają się w obłokach pyłu i gazu, tak zwanych mgławicach.
Przed nami „Filary Stworzenia” w Mgławicy Orzeł – gwiezdny inkubator w samym sercu Drogi Mlecznej. Nasza Galaktyka zawiera miliardy gwiazd, z których wiele jest otoczonych planetami lub księżycami. Przez długi czas niewiele wiedzieliśmy o galaktykach. Sto lat temu ludzkość wierzyła, że Droga Mleczna jest jedyną galaktyką. Naukowcy nazwali ją „naszą wyspą we Wszechświecie”. Inne galaktyki dla nich nie istniały. Ale w 1924 roku astronom Edwin Hubble zmienił ogólną koncepcję. Hubble obserwował przestrzeń kosmiczną za pomocą najbardziej zaawansowanego teleskopu swoich czasów, o średnicy soczewki 254 centymetrów, znajdującego się w Obserwatorium Mount Wilson niedaleko Los Angeles. Głęboko na nocnym niebie dostrzegł niewyraźne chmury światła, które były bardzo daleko od nas. Naukowiec doszedł do wniosku, że nie są to pojedyncze gwiazdy, ale całe miasta gwiezdne, galaktyki daleko poza Drogą Mleczną. - Astronomowie doświadczyli prawdziwego szoku czasoprzestrzennego. W ciągu zaledwie roku przenieśliśmy się z Wszechświata znajdującego się wewnątrz Drogi Mlecznej do Wszechświata miliardów takich galaktyk. Hubble dokonał jednego z największych odkryć w astronomii. W kosmosie nie jest tylko jedna galaktyka, ale bardzo wiele galaktyk. Nasza Galaktyka ma strukturę wirową, dwa ramiona spiralne i zawiera około 160 milionów gwiazd. Galaxy M 87 to gigantyczna elipsa. Jest to jedna z najstarszych galaktyk we Wszechświecie, a znajdujące się w niej gwiazdy emitują złote światło.
A to jest Galaktyka Sombrero, w jej centrum znajduje się ogromne jasne jądro otoczone pierścieniem gazu i pyłu. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Galaktyki są wspaniałe. W pewnym sensie reprezentują podstawową jednostkę Wszechświata. Są jak gigantyczne koła latarni, które wirują w przestrzeni. To prawdziwe fajerwerki stworzone przez samą naturę. Galaktyki są ogromne – prawdziwe olbrzymy. Na Ziemi odległość mierzy się w kilometrach, w kosmosie astronomowie używają jednostki długości „rok świetlny” – odległości pokonywanej przez światło w ciągu roku. Jest to w przybliżeniu równe dziewięć i pół biliona kilometrów. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Znajdujemy się 25 tysięcy lat świetlnych od centrum naszej Galaktyki, a jej średnica wynosi 100 tysięcy lat świetlnych. Ale nawet przy tak imponujących wymiarach jest to tylko mała plamka na rozległych przestrzeniach kosmicznych. Galaktyka Drogi Mlecznej wydaje się nam ogromna. Ale w porównaniu z innymi galaktykami we Wszechświecie jest dość mała. Nasza najbliższa galaktyczna sąsiadka, Mgławica Andromeda, osiąga średnicę 200 tysięcy lat świetlnych, czyli 2 razy większą od naszej Drogi Mlecznej. M 87 to największa galaktyka eliptyczna w pobliskiej przestrzeni. Jest znacznie większa od Andromedy, ale w porównaniu z drugim gigantem M 87 wydaje się maleńka. IC 10 11 ma szerokość 6 milionów lat świetlnych. To największa znana galaktyka. Jest 60 razy większa od Drogi Mlecznej. Wiemy więc, że galaktyki są ogromne, są wszędzie. Ale skąd się wzięły? - Jednym z najważniejszych pytań w astrofizyce jest pochodzenie galaktyk. Nadal nie mamy na to dokładnej odpowiedzi. Wszechświat rozpoczął się od Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce około 13,7 miliarda lat temu i był niezwykle gorącą, bardzo gęstą fazą. Wiemy, że w tamtym czasie nie mogło istnieć nic podobnego do galaktyk. Można zatem powiedzieć, że pojawiły się u zarania Wszechświata. Do tworzenia gwiazd potrzebna jest grawitacja. Aby zjednoczyć gwiazdy w galaktyki, potrzeba jeszcze więcej. Pierwsze gwiazdy pojawiły się zaledwie 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Potem grawitacja przyciągnęła ich do siebie. Tak pojawiły się pierwsze galaktyki. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Kosmiczny Teleskop Hubble'a pozwolił nam zajrzeć w przeszłość, dotrzeć niemal do początków czasu, do okresu, w którym dopiero zaczynały powstawać pierwsze galaktyki. Teleskop Hubble'a widzi wiele galaktyk, ale światło większości z nich opuściło swoje źródło tysiące, miliony, a nawet miliardy lat temu. Przez cały ten czas leciał w naszą stronę. Dlatego dziś obserwujemy galaktyki, które stały się już historią. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Jeśli spojrzysz głębiej w przestrzeń kosmiczną za pomocą Hubble'a, zobaczysz małe plamki, które prawie nie przypominają istniejących galaktyk. Te niewyraźne plamki światła, gromady milionów, miliardów gwiazd, które dopiero zaczynały się łączyć. Te słabe plamy są najwcześniejszą z galaktyk. Powstały około miliarda lat po powstaniu Wszechświata. Po tym czasie Hubble jest bezsilny. Jeśli chcemy zbadać głębsze warstwy przeszłości, potrzebujemy innego teleskopu. Więcej niż ten, który można wystrzelić w kosmos. Teraz mamy jednego na wysokiej pustyni w północnym Chile. Nazywa się AST – Kosmiczny Teleskop Atacama. Ten najwyższy z teleskopów naziemnych znajduje się na wysokości 5190 metrów nad poziomem morza. - Bardzo lubię pracować w AST w ekstremalnych warunkach pogodowych. Może być tu bardzo zimno, a wiatr wieje bardzo mocno. Ale ogromną zaletą naszej pracy jest to, że niebo jest prawie zawsze czyste. Czyste niebo jest niezbędne dla precyzyjnych reflektorów AST, który skupia się na wczesnych galaktykach. Profesor Suzanne Stags, fizyk:- Dzięki AST możemy przybliżać fragmenty nieba z niewiarygodną dokładnością. Możemy także monitorować rozwój struktur takich jak galaktyki i gromady galaktyk z niezwykłą wyrazistością obrazu. ANT nie wykrywa światła widzialnego, a jedynie kosmiczne mikrofale pozostałe z czasów, gdy Wszechświat miał kilkaset tysięcy lat. Dzięki temu teleskopowi możesz nie tylko zobaczyć różne galaktyki, ale także monitorować ich wzrost. Profesor Suzanne Stags, fizyk:- Potrafimy prześledzić procesy powstawania galaktyk i ich gromad. Ślady każdego z nich widzimy od kilkuset tysięcy lat od początku świata do czasów współczesnych. ANT pomógł astronomom zrozumieć ewolucję galaktyk niemal od zarania dziejów. Profesor Michael Strauss, astrofizyk:- Zaczęliśmy odpowiadać na pytania: jak wyglądały galaktyki na początku stworzenia, czy były podobne do galaktyk współczesnych, jak rosły i rozwijały się. Astronomowie obserwują, jak galaktyki przemieszczały się z małych gromad gwiazd do dzisiejszej sieci układów gwiezdnych. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Według naszego obecnego zrozumienia gwiazdy tworzą gromady, które łączą się w galaktyki, które z kolei tworzą gromady galaktyk, a te tworzą supergromady galaktyk – największe obecnie jednostki przestrzeni. Wczesne galaktyki były bezkształtnymi skupiskami gwiazd, gazu i pyłu. Dziś galaktyki nabrały schludnego, uporządkowanego wyglądu. Jak chaotyczne gromady gwiazd zamieniły się w smukłe, eliptyczne układy spiralne? Przy pomocy grawitacji. Siła grawitacji jednoczy gwiazdy i kontroluje ich przyszły rozwój. W centrum większości galaktyk znajduje się niezwykle potężne, niszczycielskie źródło grawitacji. Nasza Droga Mleczna nie jest wyjątkiem. Galaktyki istnieją od ponad 12 miliardów lat. Wiemy, że te rozległe imperia gwiazd przybierają różne formy, od spiral wirowych po ogromne kule gwiazd. Mimo to wiele obiektów w galaktykach pozostaje dla nas tajemnicą. Profesor Michael Strauss, astrofizyk:- W jaki sposób galaktyki uzyskały swój obecny kształt? Czy galaktyka spiralna zawsze miała kształt spiralny? Odpowiedź prawie zawsze brzmi nie. Młode galaktyki to bezkształtne, chaotyczne zbiory gwiazd, gazu i pyłu. Dopiero po miliardach lat zamieniają się w tak zorganizowane struktury jak na przykład galaktyka wirowa czy nasza Droga Mleczna. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Droga Mleczna nie wyrosła z jednego ziarna, z wielu. To, co obecnie nazywa się Drogą Mleczną, składało się kiedyś z wielu formacji, bezkształtnych struktur, które łączyły się w jedną całość. Małe konstrukcje zbiegają się pod wpływem siły grawitacji. Stopniowo przyciąga gwiazdy do siebie. Wirują coraz szybciej, aż przybiorą kształt płaskiego dysku. Gwiazdy i gaz tworzą następnie gigantyczne ramiona spiralne. Proces ten powtarzał się miliardy razy w całej przestrzeni. Każda galaktyka jest wyjątkowa, ale wszystkie mają jedną wspólną cechę: wszystkie krążą wokół swojego centrum. Przez lata naukowcy zastanawiali się: co jest na tyle potężne, aby zmienić zachowanie galaktyki? I w końcu znaleziono odpowiedź. Czarna dziura. I to nie byle jaka czarna dziura, ale supermasywna czarna dziura. - Pierwszą wskazówką na istnienie supermasywnych czarnych dziur były galaktyki, z których środka wytrysnęła potężna kolumna energii. Wydawało nam się, że te czarne dziury żywią się pobliskimi obiektami. Coś jak wielka uczta na Święto Dziękczynienia. Supermasywne czarne dziury żywią się gazem i gwiazdami. Czasami czarna dziura zjada je zbyt łapczywie, a pożywienie jest wyrzucane z powrotem w przestrzeń kosmiczną w postaci wiązki czystej energii. Nazywa się to kwazarem. Kiedy naukowcy widzą kwazar wystrzeliwujący z centrum galaktyki, wiedzą, że ma on supermasywną czarną dziurę. A co z naszą Galaktyką? W końcu nie ma kwazara. Czy to oznacza, że nie posiada supermasywnej czarnej dziury? Andrea Ghez i jej zespół próbują rozwiązać ten problem od 15 lat. Profesor Andrea Ghez, astronom:- Możesz dowiedzieć się, czy w Drodze Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura, obserwując ruch gwiazd. Gwiazdy obracają się, słuchając siły grawitacji, podobnie jak planety wokół Słońca. Jednak gwiazdy położone bliżej centrum Galaktyki są ukryte za obłokami pyłu. Dlatego Ghez użył gigantycznego Teleskopu Kecka na Hawajach, aby przejrzeć pył. Przed jej oczami pojawił się dziwny i okrutny obraz. Profesor Andrea Ghez, astronom:- W centrum naszej Galaktyki wszystko dochodzi do skrajności. Obiekty poruszają się z dużą prędkością, gwiazdy przemykają jedna za drugą. Wszystko bulgocze, wszystko kipi. Nie zobaczysz tego nigdzie w naszej Galaktyce. Ghez i jej zespół zaczęli robić zdjęcia niektórych gwiazd krążących bliżej centrum Galaktyki. Profesor Andrea Ghez, astronom:- Postawiliśmy sobie za zadanie nakręcić film z gwiazdami w centrum Galaktyki. Musiałem uzbroić się w cierpliwość i robić zdjęcie za zdjęciem, zanim gwiazdy się przesunęły. Fotografie wirujących gwiazd ujawniły coś niesamowitego. Ich prędkość obrotowa wynosiła kilka milionów kilometrów na godzinę. Profesor Andrea Ghez, astronom:- Najbardziej ekscytującym momentem w tym eksperymencie był moment, gdy otrzymaliśmy drugie zdjęcie i stało się jasne, że gwiazdy rotują znacznie szybciej niż zwykle. To w pełni potwierdziło hipotezę o supermasywnej czarnej dziurze.
Hipoteza była słuszna. Ghez i jej zespół śledzili trajektorię gwiazd i obliczali ich położenie na podstawie środka obrotu. Jest tylko jedna rzecz na tyle potężna, aby kręcić wokół siebie ogromne gwiazdy: supermasywna czarna dziura. Profesor Andrea Ghez, astronom:- Tylko siła grawitacji supermasywnej czarnej dziury powoduje obrót gwiazd. Ich trajektorie stały się dowodem na istnienie supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki. Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest gigantyczna. Jego szerokość wynosi 24 miliony kilometrów. Czy istnieje zagrożenie dla naszej planety? Profesor Andrea Ghez, astronom:- Nie ma najmniejszego niebezpieczeństwa, że zostaniemy wessani przez supermasywną czarną dziurę. To za daleko od nas.
Planeta Ziemia znajduje się 25 tysięcy lat świetlnych od czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. To wiele miliardów kilometrów, więc Ziemia jest bezpieczna. Do widzenia. Supermasywne czarne dziury mogą być źródłem potężnej grawitacji. Nie mają jednak wystarczającej siły, aby utrzymać połączenie między ciałami galaktyki. Zgodnie ze wszystkimi prawami fizyki galaktyki muszą się rozpadać. Dlaczego to się nie dzieje? W przestrzeni kosmicznej istnieje siła większa niż supermasywna czarna dziura. Nie da się tego zobaczyć i prawie nie da się tego obliczyć. Ale istnieje, nazywa się ciemną materią i jest wszędzie. Astronomowie odkryli, że w centrach galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury, które przyciągają gwiazdy z dużymi prędkościami. Jednak czarne dziury nie są wystarczająco mocne, aby połączyć wszystkie gwiazdy gigantycznej galaktyki w jedną całość. Co to za moc? Pozostało to tajemnicą, dopóki jeden niezależny naukowiec nie zasugerował, że mamy do czynienia z czymś nieznanym. W latach 30. XX wieku szwajcarski astronom Fritz Zwicky zastanawiał się, dlaczego galaktyki nie ulegają rozpadowi. Według jego obliczeń nie wytwarzają one wystarczającej siły grawitacyjnej, dlatego muszą rozproszyć się po całej przestrzeni. „Stwierdził: «Widzę na własne oczy, że nie rozpadają się, ale trzymają się razem w zwartej grupie. Oznacza to, że coś powstrzymuje je przed rozpadem. Ale ich własna siła przyciągania nie jest do tego wystarczająco potężna. Dlatego dochodzę do wniosku, że istnieje coś nieznanego ludzkości, coś niewyobrażalnego.” Nadał temu nazwę – ciemna materia. To było jak boskie objawienie. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Fritz Zwicky wyprzedził swoją epokę o kilkadziesiąt lat i oczywiście wpadł w nieporozumienia wśród swoich kolegów astronomów. Ale ostatecznie miał rację. Jeśli to, co Zwicky nazwał ciemną materią, łączyło galaktyki w grupy, być może zapobiegało także rozpadowi poszczególnych galaktyk. Aby to przetestować, naukowcy skonstruowali wirtualne galaktyki na komputerze z wirtualnymi gwiazdami i wirtualną grawitacją. - Zrobiliśmy model galaktyki, wypełniliśmy go gwiazdami na orbitach w kształcie płaskiego dysku. Zupełnie jak nasza Galaktyka. I zdecydowali, że stworzyli idealną galaktykę. Zastanawialiśmy się, czy stanie się to spiralą, czy czymś innym. Ale wszystkie nasze galaktyki się rozpadały. Galaktyka ta nie miała wystarczającej grawitacji, aby pozostać pojedynczą jednostką, więc Ostriker dodał ją wraz z wirtualną ciemną materią. Profesor Jeremy Ostriker, astrofizyk:- Oczywiście chcieliśmy tego spróbować, to rozwiązało problem. Wszystko się udało. Siłą wiążącą galaktykę okazała się siła grawitacji ciemnej materii. Profesor Jeremy Ostriker, astrofizyk:- Ciemna materia pełni rolę rusztowania galaktyki. Z jego pomocą galaktyki są unieruchomione i nie dzielą się na osobne ciała. Naukowcy sugerują obecnie, że ciemna materia nie tylko podtrzymuje galaktykę, ale daje impuls jej narodzinom. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Wierzymy, że pierwsze skupiska ciemnej materii pojawiły się w wyniku Wielkiego Wybuchu. Po pewnym czasie te gromady stały się oczywiste – ziarna, z których wyrosły galaktyki. Jednak naukowcy wciąż nie wiedzą, czym jest ciemna materia. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Ciemna materia pozostaje czymś niewytłumaczalnym. Nie rozumiemy jego istoty. Ale na pewno jest wykonany z innego materiału... Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- ...niż ty i ja. Nie można się na nim oprzeć, nie można go dotknąć. Być może jest wszędzie wokół nas, jak duch, który przechodzi przez ciebie, jakbyś w ogóle nie istniał. Być może nie wiemy o ciemnej materii, ale kosmos jest nią wypełniony. Doktor Andrew Benson, astrofizyk:- Masa ciemnej materii jest równa co najmniej sześciokrotności masy Wszechświata w stosunku do zwykłej materii, z której wszyscy jesteśmy stworzeni, bez której nie można sobie wyobrazić normalnego działania praw Wszechświata. Jednak te prawa działają. Okazuje się, że ciemna materia naprawdę istnieje. Niedawno odkryto jego ślady w głębokim kosmosie. Pomogły w sformułowaniu tego stwierdzenia obserwacje jego wpływu na zachowanie światła. Ścieżka wiązki jest zakrzywiona. Zjawisko to nazywa się soczewkowaniem grawitacyjnym.
Dr Andrew Benson, astrofizyk: - Soczewka grawitacyjna pozwala nam określić obecność ciemnej materii. Jak to działa? Wyobraź sobie, że leci w naszą stronę wiązka światła z jakiejś odległej galaktyki. Jeśli na swojej drodze napotkane zostaną duże nagromadzenia ciemnej materii, jej trajektoria będzie przebiegać wokół ciemnej materii pod wpływem grawitacji.Jeśli spojrzysz w głębiny kosmosu przez teleskop Hubble'a, kształt niektórych galaktyk wydaje się zniekształcony i wydłużony.
Dzieje się tak, ponieważ ciemna materia zniekształca obraz. W pewnym sensie umieszcza go w okrągłym akwarium. Doktor Andrew Benson, astrofizyk:- Analizując zarysy tych galaktyk i stopień zniekształcenia, można z pewną dokładnością obliczyć ilość zawartej w nich ciemnej materii. Teraz stało się jasne, że ciemna materia jest integralną częścią kosmosu. Istnieje od zarania dziejów i wpływa na wszystko i wszędzie. Tworzy warunki do narodzin galaktyk i zapobiega ich rozpadowi. Nie jest to widoczne gołym okiem, nie jest obliczane przez instrumenty, ale mimo to ciemna materia jest panią Wszechświata. Galaktyki wydają się istnieć oddzielnie. Rzeczywiście dzielą je biliony kilometrów, niemniej jednak galaktyki są zjednoczone w grupach, gromadach galaktyk. Gromady galaktyk tworzą supergromady, które obejmują dziesiątki tysięcy galaktyk. Które miejsce wśród nich zajmuje nasza Droga Mleczna? Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Ogólny plan przestrzeni pokazuje, że nasza Galaktyka jest częścią małej grupy około trzydziestu galaktyk. Nasza Droga Mleczna i Mgławica Andromedy są w niej największe. Ale w większej skali jesteśmy tylko małą częścią supergromady galaktyk zwanej Panną. Obecnie naukowcy opracowują ogólną mapę Wszechświata oraz określają położenie gromad i supergromad galaktyk. To Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku, w którym znajduje się Sloan Digital Sky Survey. To tylko mały teleskop, ale ma wyjątkową misję. Sloan's Digital Survey tworzy pierwszą trójwymiarową mapę gwiazd. Pozwoli nam to określić dokładne położenie dziesiątek milionów galaktyk. Aby to zrobić, przegląd Sloana poluje na galaktyki daleko poza Drogą Mleczną. Precyzyjnie określa położenie galaktyki, informacja ta zapisana jest na aluminiowych dyskach. - Te aluminiowe dyski mają około 30 cali szerokości i 640 otworów przelotowych, z których każdy jest przeznaczony dla pożądanego obiektu w przestrzeni. Obiekty kosmiczne to galaktyki. Światło z galaktyki przechodzi przez dziurę i dalej wzdłuż kabla światłowodowego. W ten sposób można zarejestrować informacje o odległości i lokalizacji tysięcy galaktyk i nanieść je na trójwymiarową mapę. Dan Long, inżynier w Sloan Digital Sky Survey:- Określamy ich kontury, skład, a także to, jak równomiernie są rozproszone w przestrzeni kosmicznej. Wszystko to jest bardzo ważne dla astronomii, dla zrozumienia praw Wszechświata.
Tutaj widzimy owoce ich pracy: największą istniejącą obecnie trójwymiarową mapę. Mapa pokazuje rzeczy niewidziane wcześniej: całe gromady i supergromady galaktyk. A obraz świata wciąż się poszerza. Widzimy, że supergromady galaktyk tworzą łańcuchy - włókna. Badanie Sloana odkryło jedną o średnicy 1,4 miliarda lat świetlnych. Nazywano go Wielkim Murem Sloan. To największa pojedyncza konstrukcja odkryta w historii nauki.
Dan Long, inżynier w Sloan Digital Sky Survey: „Czuje się ogrom tej przestrzeni. Gromady, włókna i każda z tych maleńkich grudek światła to ogromne galaktyki. Nie gwiazdy, ale całe galaktyki, a wokół nich są setki i tysiące. Przegląd Sloana ukazuje geografię galaktyki na dużą skalę. Naukowcy poszli dalej. Zbudowali cały Wszechświat w superpotężnym komputerze. A tutaj nie widać pojedynczych galaktyk, trudno nawet dostrzec ich gromady. Na ekranie widać jedynie supergromady galaktyk tworzące gigantyczną kosmiczną sieć włókien.
Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk: - Jeśli przyjrzysz się uważnie wielkoskalowemu obrazowi przestrzeni, możesz dostrzec wzór włókien, kosmiczną sieć składającą się z galaktyk i ich gromad rozciągających się w tysiącach różnych kierunków. Od tego momentu przestrzeń przypomina swoją strukturą gigantyczną gąbkę. W każdym włóknie znajdują się miliony gromad galaktyk, wszystkie połączone ciemną materią. Ten komputerowy model pokazuje ciemną materię przeświecającą przez splątane włókna. Doktor Andrew Benson, astrofizyk:- Ciemna materia wpływa na położenie galaktyki we Wszechświecie. Spójrz na galaktyki: nie są one rozproszone losowo w przestrzeni. Gromadzą się w małych grupach, co po raz kolejny wskazuje na skalę rozkładu ciemnej materii. Ciemna materia wspiera całą makrostrukturę przestrzeni. Łączy galaktyki w gromady, które z kolei tworzą supergromady. Supergromady są splecione w łańcuchy włókien. Bez ciemnej materii cała struktura kosmosu po prostu się rozpadnie. Oto nasz Wszechświat z bliska.
Gdzieś w głębi tej gigantycznej kosmicznej sieci, w jednym z włókien znajduje się nasza Galaktyka, Droga Mleczna. Istnieje od około 12 miliardów lat i wkrótce umrze w potężnej kosmicznej kolizji. Galaktyki to rozległe królestwa gwiazd. Niektóre z nich to ogromne kule, inne to złożone spirale, ale wszystkie stale się zmieniają. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Kiedy patrzymy na naszą Galaktykę, wydaje nam się, że jest niezmienna i istnieje od zawsze. Ale to nieprawda. Nasza Galaktyka jest w ciągłym ruchu, jej natura zmieniła się w czasie kosmicznym. Galaktyki nie tylko się zmieniają, ale także poruszają. Zdarza się, że galaktyki zderzają się ze sobą, a następnie jedna pochłania drugą. - We Wszechświecie istnieje całe stado różnych galaktyk, które oddziałują i zderzają się ze sobą - z innymi członkami stada.
To jest NGC 2207. Na pierwszy rzut oka wygląda jak ogromna podwójna galaktyka spiralna, ale w rzeczywistości jest to zderzenie dwóch galaktyk. Zderzenie będzie trwało miliony lat, aż w końcu obie galaktyki połączą się w jedną. Podobne zderzenia zdarzają się wszędzie w kosmosie i nasza Galaktyka nie jest wyjątkiem. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Droga Mleczna jest w zasadzie kanibalem. Swoją obecną formę uzyskała poprzez absorpcję wielu mniejszych galaktyk. Nawet dzisiaj na jego ciele widoczne są małe paski gwiazd dawnych pojedynczych galaktyk, które pozostały bez granic i uzupełniły Drogę Mleczną. Ale to „małe kwiatki” w porównaniu z tym, co nas czeka w przyszłości. Szybko zbliżamy się do galaktyki Andromedy, a to nie wróży dobrze Drodze Mlecznej. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Droga Mleczna zbliża się do Andromedy z prędkością około 400 tys. km na godzinę, co oznacza, że za 5-6 miliardów lat naszej Galaktyki już nie będzie. Doktor TJ Cox, astrofizyk:- Andromeda zbliża się do nas z całą swoją potworną masą. Kiedy galaktyki oddziałują na siebie, każda z nich indywidualnie rozpada się, a ich ciała stopniowo mieszają się i rosną jak kula śnieżna. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Dwie galaktyki rozpoczynają taniec śmierci.
To reprodukcja przyszłej kolizji, przyspieszonej miliony razy. Kiedy dwie galaktyki zderzają się, chmury gazu i pyłu rozlatują się we wszystkich kierunkach. Siła grawitacyjna łączących się galaktyk wyrywa gwiazdy z ich orbit i wrzuca je w ciemne głębiny Wszechświata. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Dzień Sądu Drogi Mlecznej będzie malowniczym obrazem, a zagładę naszej Galaktyki będziemy oglądać z pierwszych rzędów. Stopniowo obie galaktyki będą przechodzić przez siebie, a następnie powrócą, aby połączyć się w jedną całość. Co dziwne, gwiazdy nie zderzą się ze sobą. Nadal są od siebie zbyt daleko. Doktor TJ Cox, astrofizyk:- Gwiazdy po prostu się zmieszają. Prawdopodobieństwo zderzenia dwóch oddzielnych gwiazd jest praktycznie zerowe. Jednak pył i gaz pomiędzy gwiazdami zaczną się nagrzewać. W pewnym momencie zapłoną, a zderzające się galaktyki staną się gorące do białości. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- W pewnym momencie na niebie może wybuchnąć prawdziwy pożar. Doktor TJ Cox, astrofizyk:- Galaktyki Droga Mleczna i Andromeda przestaną istnieć. Pojawi się nowa galaktyka – Melkomeda, która stanie się nową kosmiczną jednostką. Nowa galaktyka Melkomed będzie wyglądać jak ogromna elipsa bez ramion i spiral. Nie będziemy w stanie uciec przed przyszłością. Pytanie brzmi, co przyniesie to planecie Ziemia. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Możemy albo zostać wyrzuceni w przestrzeń kosmiczną wraz z fragmentami ramion Drogi Mlecznej, albo wessani do ciała nowej galaktyki. Gwiazdy i planety będą rozproszone po całej galaktyce i poza nią, a dla Ziemi może to być smutny koniec. Wszechświat będzie świadkiem zderzenia galaktyk więcej niż raz. Ale era galaktycznego kanibalizmu również kiedyś się skończy. Galaktyki są domem dla gwiazd, układów słonecznych, planet i księżyców. Galaktyka zapewnia sobie wszystko, czego potrzebuje. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Galaktyki są żywą krwią w ciele Wszechświata. Istniejemy, ponieważ pochodzimy z Galaktyki i wszystko, co widzimy, wszystko, co jest dla nas ważne, dzieje się w Galaktyce. Przy tym wszystkim galaktyki są delikatnymi strukturami spajanymi przez ciemną materię. Naukowcy odkryli kolejną aktywną siłę we Wszechświecie. Nazywa się to ciemną energią. Ciemna energia działa w opozycji do ciemnej materii. Jeśli jedno łączy galaktyki, drugie je od siebie oddziela. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Ciemna energia, o której wiemy dosłownie od dekady, jest dominującą cechą kosmosu i stanowi jeszcze większą tajemnicę. Nie mamy zielonego pojęcia, dlaczego jest to potrzebne. Doktor Andrew Benson, astrofizyk:- Trudno powiedzieć, z czego się składa. Wiemy, że istnieje, ale czym jest i jaką pełni funkcję, pozostaje tajemnicą. Profesor Jeremy Ostriker, astrofizyk:- Ciemna energia to dziwna rzecz. Wygląda na to, że przestrzeń kosmiczna jest pełna maleńkich źródeł, które powodują, że obiekty odpychają się nawzajem. Naukowcy uważają, że w odległej, odległej przyszłości ciemna energia wygra kosmiczną bitwę z ciemną materią, a galaktyki zaczną się rozpadać. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Ciemna energia zniszczy galaktyki. Stanie się tak, gdy inne galaktyki zaczną stopniowo oddalać się od naszej, aż znikną z pola widzenia. A ponieważ galaktyki będą się od siebie oddalać z prędkością większą niż prędkość światła, dosłownie znikną z naszych oczu. Nie dziś, nie jutro, ale być może za biliony lat pozostaniemy w pustym Wszechświecie. Galaktyki staną się samotnymi wyspami na rozległych przestrzeniach kosmicznych. Ale to nie nastąpi bardzo szybko. Dziś Wszechświat kwitnie, a galaktyki stwarzają wszelkie warunki do istnienia życia. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Bez galaktyk nie byłoby mnie tutaj, nie byłoby ciebie tutaj i życie mogłoby w ogóle nie powstać. Mamy niesamowite szczęście: życie powstało na Ziemi tylko dzięki temu, że nasz maleńki Układ Słoneczny znajduje się w prawej części Galaktyki. Gdybyśmy ustawili się nieco bliżej centrum, nie przeżylibyśmy. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Życie w centrum Galaktyki jest bardzo okrutne i gdyby nasz Układ Słoneczny znajdował się bliżej centrum, promieniowania byłoby tak dużo, że nie bylibyśmy w stanie przetrwać. Mieszkanie zbyt daleko od centrum też nie jest lepsze. Liczba gwiazd na krawędziach Galaktyki gwałtownie maleje. Być może w ogóle nas nie będzie. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Można powiedzieć, że wybraliśmy złoty środek Galaktyki: niedaleko, nie blisko, ale prosto w dziesiątkę. Naukowcy uważają, że ten złoty pas Galaktyki może zawierać miliony gwiazd, a wśród nich prawdopodobnie znajdują się inne układy słoneczne zdolne do podtrzymania życia. I są w naszej własnej Galaktyce. A jeśli mamy strefę nadającą się do zamieszkania, może ona istnieć również w innych galaktykach. Profesor Andrea Ghez, astronom:- Wszechświat jest ogromny, ciągle zaskakuje nas. Profesor Jeremy Ostriker, astrofizyk:- Za każdym razem, gdy wydaje nam się, że znaleźliśmy odpowiedź na jakieś pytanie, okazuje się, że doprowadziło nas to do jeszcze większego pytania. To budzi zainteresowanie. Nasza rodzima Galaktyka Drogi Mlecznej i inne galaktyki we Wszechświecie stawiają przed nami niekończące się pytania wymagające odpowiedzi i tajemnice, których nikt jeszcze nie odkrył. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Kto by pomyślał 10 lat temu, że uda nam się znaleźć czarną dziurę w centrum Galaktyki? Który astronom jeszcze 10 lat temu wierzyłby w ciemną materię i ciemną energię? Coraz więcej naukowców poświęca swoje badania galaktykom. To w nich kryje się klucz do zrozumienia praw Wszechświata. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:„Czy to nie niesamowite żyć w tym momencie historii kosmosu na tej małej planecie na obrzeżach przypadkowej galaktyki i otrzymywać odpowiedzi na pytania dotyczące Wszechświata od jego początku do samego końca?” Powinniśmy bez końca cieszyć się tą krótką chwilą w promieniach słońca. Galaktyki rodzą się, rozwijają, zderzają i umierają. Galaktyki są supergwiazdami świata nauki. Każdy astronom ma swoich ulubieńców. Profesor Michael Strauss, astrofizyk:- Galaktyka wirowa lub M51. Profesor Jeremy Ostriker, astrofizyk:- Gdybym mógł powiesić go na ścianie, wybrałbym Sombrero Galaxy. Profesor Lawrence Krauss, astrofizyk:- Galaktyka Sombrero, galaktyki pierścieniowe - są bardzo piękne. Profesor Michio (Michio) Kaku, fizyk:- Moją ulubioną galaktyką jest Droga Mleczna. To jest mój dom. Mamy szczęście, że Droga Mleczna zapewnia nam wszystko, co potrzebne do życia. Nasz los zależy bezpośrednio od naszej Galaktyki i wszystkich innych galaktyk. Stworzyli nas, nadali kształt naszemu życiu i nasza przyszłość jest w ich rękach.
Związane siłami oddziaływania grawitacyjnego. Liczba gwiazd i rozmiary galaktyk mogą się różnić. Zazwyczaj galaktyki zawierają od kilku milionów do kilku bilionów (1 000 000 000 000) gwiazd. Oprócz zwykłych gwiazd i ośrodka międzygwiazdowego galaktyki zawierają także różne mgławice. Rozmiary galaktyk wahają się od kilku tysięcy do kilkuset tysięcy lat świetlnych. A odległość między galaktykami sięga milionów lat świetlnych.
Około 90% masy galaktyk pochodzi z ciemnej materii i energii. Natura tych niewidzialnych składników nie została jeszcze zbadana. Istnieją dowody na to, że wiele galaktyk ma w swoich centrach supermasywne galaktyki. Przestrzeń pomiędzy galaktykami praktycznie nie zawiera materii, a jej średnia gęstość wynosi mniej niż jeden atom na metr sześcienny. Przypuszczalnie w widzialnej części Wszechświata znajduje się około 100 miliardów galaktyk.
Według klasyfikacji zaproponowanej przez astronoma Edwina Hubble'a w 1925 roku istnieje kilka typów galaktyk:
- eliptyczny (E),
- soczewkowy(S0),
- zwykła spirala (S),
- skrzyżowana spirala (SB),
- nieprawidłowe (Ir).
Eliptyczny galaktyki - klasa galaktyk o wyraźnie określonej strukturze kulistej i malejącej jasności w kierunku krawędzi. Obracają się stosunkowo wolno, zauważalną rotację obserwuje się jedynie w galaktykach o znacznej kompresji. W takich galaktykach nie ma materii pyłowej, która w galaktykach, w których występuje, jest widoczna w postaci ciemnych pasów na ciągłym tle gwiazd galaktyki. Dlatego zewnętrznie galaktyki eliptyczne różnią się od siebie głównie jedną cechą - większą lub mniejszą kompresją.
Udział galaktyk eliptycznych w całkowitej liczbie galaktyk w obserwowalnej części Wszechświata wynosi około 25%.
Spirala Galaktyki zostały tak nazwane, ponieważ mają jasne ramiona pochodzenia gwiazdowego znajdujące się w dysku, które rozciągają się niemal logarytmicznie od zgrubienia (prawie kulistego zgrubienia w centrum galaktyki). Galaktyki spiralne mają gromadę centralną i kilka ramion spiralnych, czyli ramion, które mają niebieskawy kolor, ponieważ zawierają wiele młodych olbrzymów. Gwiazdy te wzbudzają blask rozproszonych mgławic gazowych rozproszonych wraz z obłokami pyłu wzdłuż ramion spiralnych. Dysk galaktyki spiralnej jest zwykle otoczony dużym sferoidalnym halo (pierścień światła wokół obiektu; zjawisko optyczne) składającym się ze starych gwiazd drugiej generacji. Wszystkie galaktyki spiralne obracają się ze znacznymi prędkościami, więc gwiazdy, pył i gazy skupiają się w wąskim dysku. Obfitość obłoków gazu i pyłu oraz obecność jasnoniebieskich olbrzymów wskazuje na aktywne procesy powstawania gwiazd zachodzące w ramionach spiralnych tych galaktyk.
Wiele galaktyk spiralnych ma w centrum poprzeczkę, z której końców wychodzą ramiona spiralne. Nasza Galaktyka jest także galaktyką spiralną z poprzeczką.
Soczewkowy galaktyki są typem pośrednim pomiędzy spiralnymi i eliptycznymi. Mają wybrzuszenie, halo i dysk, ale nie mają ramion spiralnych. Wśród wszystkich układów gwiezdnych jest ich około 20%. W tych galaktykach jasny główny korpus, soczewka, jest otoczony słabym halo. Czasami wokół obiektywu znajduje się pierścień.
Błędny galaktyki to galaktyki, które nie wykazują struktury spiralnej ani eliptycznej. Najczęściej takie galaktyki mają chaotyczny kształt bez wyraźnego jądra i gałęzi spiralnych. Procentowo stanowią jedną czwartą wszystkich galaktyk. Większość nieregularnych galaktyk w przeszłości była spiralna lub eliptyczna, ale zostały zdeformowane przez siły grawitacyjne.
Ewolucja galaktyk
Powstawanie galaktyk uważane jest za naturalny etap ewolucji, zachodzący pod wpływem sił grawitacyjnych. Jak sugerują naukowcy, około 14 miliardów lat temu nastąpiła wielka eksplozja, po której Wszechświat był wszędzie taki sam. Następnie cząsteczki pyłu i gazu zaczęły się grupować, łączyć, zderzać i w ten sposób pojawiały się grudki, które później zamieniły się w galaktyki. Różnorodność kształtów galaktyk wiąże się z różnorodnością warunków początkowych powstawania galaktyk. Nagromadzenie wodoru w takich skupiskach stało się pierwszymi gwiazdami.
Od chwili swoich narodzin galaktyka zaczyna się kurczyć. Kurczenie się galaktyki trwa około 3 miliardów lat. W tym czasie chmura gazu przekształca się w układ gwiazdowy. Gwiazdy powstają w wyniku grawitacyjnej kompresji obłoków gazu. Kiedy środek skompresowanej chmury osiąga gęstość i temperaturę wystarczającą do skutecznego zajścia reakcji termojądrowych, rodzi się gwiazda. W głębi masywnych gwiazd zachodzi termojądrowa fuzja pierwiastków chemicznych cięższych od helu. Pierwiastki te dostają się do pierwotnego środowiska wodorowo-helowego podczas eksplozji gwiazdowych lub podczas cichego wypływu materii z gwiazdami. Pierwiastki cięższe od żelaza powstają podczas ogromnych eksplozji supernowych. Zatem, gwiazdy pierwszej generacji wzbogacać gaz pierwotny w pierwiastki chemiczne cięższe od helu. Gwiazdy te są najstarsze i składają się z wodoru, helu i bardzo małych ilości ciężkich pierwiastków. W gwiazdy drugiej generacji domieszka pierwiastków ciężkich jest bardziej zauważalna, ponieważ powstają one z gazu pierwotnego już wzbogaconego w pierwiastki ciężkie.
Proces narodzin gwiazd następuje wraz z postępującą kompresją galaktyki, więc powstawanie gwiazd następuje coraz bliżej środka układu, a im bliżej centrum, tym więcej ciężkich pierwiastków powinno znajdować się w gwiazdach. Wniosek ten dobrze zgadza się z danymi dotyczącymi obfitości pierwiastków chemicznych w gwiazdach halo naszej Galaktyki i galaktyk eliptycznych. W wirującej galaktyce gwiazdy przyszłego halo powstają na wcześniejszym etapie kurczenia się, kiedy rotacja nie wpłynęła jeszcze na ogólny kształt galaktyki. Dowodami istnienia tej ery w naszej Galaktyce są gromady kuliste gwiazd.
Kiedy kompresja protogalaktyki ustanie, energia kinetyczna powstałych gwiazd dyskowych jest równa energii zbiorowego oddziaływania grawitacyjnego. W tym czasie powstają warunki do powstania struktury spiralnej, a narodziny gwiazd zachodzą w gałęziach spiralnych, w których gaz jest dość gęsty. Ten gwiazdy trzeciej generacji. Nasz jest jednym z nich.
Zasoby gazu międzygwiazdowego stopniowo się wyczerpują, a narodziny gwiazd stają się mniej intensywne. Za kilka miliardów lat, kiedy wyczerpią się wszystkie rezerwy gazu, galaktyka spiralna zamieni się w galaktykę soczewkowatą, składającą się ze słabych czerwonych gwiazd. Galaktyki eliptyczne są już na tym etapie: cały znajdujący się w nich gaz został zużyty 10-15 miliardów lat temu.
Wiek galaktyk jest w przybliżeniu równy wiekowi Wszechświata. Jedną z tajemnic astronomii pozostaje pytanie, czym są jądra galaktyk. Bardzo ważnym odkryciem było to, że niektóre jądra galaktyczne są aktywne. To odkrycie było nieoczekiwane. Wcześniej uważano, że jądro galaktyki to nic innego jak gromada setek milionów gwiazd. Okazało się, że zarówno emisja optyczna, jak i radiowa niektórych jąder galaktycznych może zmieniać się na przestrzeni kilku miesięcy. Oznacza to, że w krótkim czasie z jąder uwalniana jest ogromna ilość energii, setki razy większa niż ta uwolniona podczas wybuchu supernowej. Takie jądra nazywane są „aktywnymi”, a procesy zachodzące w nich nazywane są „aktywnością”.
W 1963 roku odkryto obiekty nowego typu położone poza granicami naszej galaktyki. Obiekty te mają wygląd w kształcie gwiazdy. Z biegiem czasu odkryli, że ich jasność jest kilkadziesiąt razy większa niż jasność galaktyk! Najbardziej niesamowite jest to, że zmienia się ich jasność. Moc ich promieniowania jest tysiące razy większa niż moc aktywnych jąder. Obiekty te otrzymały nazwy. Obecnie uważa się, że jądra niektórych galaktyk to kwazary.
» Galaktyki i Wszechświat
Jak podczas obserwacji odróżnić kometę bez ogona od zwykłej mgławicy?
Kometa porusza się względem gwiazd. Ruch ten można zauważyć w ciągu kilku godzin lub nawet kilkudziesięciu minut.
Jakich gwiazd jest najwięcej w galaktykach?
Gwiazd o małych masach jest znacznie więcej niż gwiazd o dużych masach. Większość gwiazd o małej masie to czerwone karły.
Dlaczego stare gwiazdy w galaktykach spiralnych tworzą podukład kulisty, podczas gdy młode gwiazdy tworzą cienki wirujący dysk?
Najstarsze gwiazdy w takich galaktykach zajmują obszar przestrzeni w przybliżeniu taki sam, jak obszar zajmowany przez obłok protogalaktyczny, z którego powstały. Siły odśrodkowe zapobiegły kompresji pozostałego gazu w płaszczyźnie galaktycznej, wyrzucając go z centrum. W rezultacie w płaszczyźnie obrotu galaktyk spiralnych pojawił się cienki wirujący dysk gazowy, w którym powstają najmłodsze obiekty gwiazdowe w galaktyce.
Jakie jest najstarsze ciało kosmiczne, które wpadło w ludzkie ręce?
Wiek jednej z próbek skał księżycowych sprowadzonych na Ziemię przez ekspedycję Apollo 15 szacuje się na 4 miliardy 150 milionów lat.
Które galaktyki są widoczne gołym okiem?
Jedną z takich galaktyk jest nasza Droga Mleczna. Oglądamy ją od środka, więc wygląda jak jasny pasek na nocnym niebie. Następną galaktyką jest słynna mgławica Andromedy. Jest widoczny gołym okiem w postaci świetlistej plamki. Oprócz tych galaktyk, na południowym niebie wyraźnie widoczne są satelity naszej galaktyki – Wielki i Mały Obłok Magellana.
Dlaczego w materii najstarszych gwiazd Galaktyki jest bardzo mało ciężkich pierwiastków, podczas gdy w materii najmłodszych gwiazd jest ich więcej?
Najstarsze gwiazdy powstały z protogalaktycznego obłoku gazu ubogiego w ciężkie pierwiastki. Masywne gwiazdy, szybko ewoluujące, eksplodowały i wzbogaciły gaz protogalaktyki w powstałe w nich ciężkie pierwiastki. Późniejsze generacje gwiazd powstały z substancji bogatych w metale.
Jakie obiekty kosmiczne przypominają gigantyczne jądra atomowe? Czy mogą składać się z protonów?
Gwiazdy neutronowe składają się głównie z ciasno upakowanych neutronów. W tym stanie gwiazdę neutronową można uznać za gigantyczne jądro atomowe. Ciało kosmiczne nie może składać się z samych protonów, gdyż pomiędzy nimi powstaną gigantyczne siły odpychające i ciało się zapadnie.
Jak silna emisja promieniowania rentgenowskiego może wystąpić na gwiazdach?
W układzie podwójnym gwiazd jednym ze składników może być gwiazda neutronowa. Materia zasysana przez tę gwiazdę w jej sąsiedztwie przyspiesza do bardzo dużych prędkości. Kiedy substancja zderza się z powierzchnią, uwalniana jest energia w postaci promieni rentgenowskich. Takie promieniowanie może również wystąpić, gdy cząstki wpadające do czarnej dziury zderzają się ze sobą.
Jakich ciał kosmicznych nie można rozdzielić, a możliwe jest ich połączenie?
Tylko czarne dziury mają takie właściwości.
Gdzie w kosmosie powstały pierwiastki chemiczne tworzące ludzkie ciało?
Ciało człowieka składa się z 65% tlenu, 18% węgla, a także azotu, magnezu, fosforu i wielu innych pierwiastków. W sumie w organizmach żywych występuje 70 pierwiastków chemicznych. Wszystkie pierwiastki cięższe od wodoru i helu, w tym żelazo, zostały zsyntetyzowane podczas reakcji termojądrowych zachodzących we wnętrzach gwiazd. Pierwiastki chemiczne cięższe od żelaza powstały podczas eksplozji supernowych.
Jak udowodnić, że Słońce jest i zawsze było blisko płaszczyzny galaktycznej?
Dowodem na to, że Słońce znajduje się blisko środka dysku galaktycznego, jest to, że środek Drogi Mlecznej prawie pokrywa się z wielkim kołem sfery niebieskiej. Wektor prędkości Słońca względem centrum galaktyki również leży na płaszczyźnie galaktycznej. Oznacza to, że Słońce zawsze poruszało się w tej płaszczyźnie.
Czy ekspansja Wszechświata wpływa na odległość Ziemi:
1) na Księżyc;
2) do centrum Drogi Mlecznej;
3) do galaktyki M 31 w konstelacji Andromedy;
4) do centrum lokalnej supergromady galaktyk?
Układy powiązane grawitacyjnie (Układ Słoneczny, galaktyki, gromady galaktyk) nie uczestniczą w ekspansji kosmologicznej. Zatem w pierwszych trzech przypadkach ekspansja kosmologiczna nie wpływa na odległości między Ziemią a tymi obiektami, natomiast w ostatnim, czwartym już tak.
Czy można zobaczyć przeszłość Wszechświata?
Każdy może to zrobić, obserwując rozgwieżdżone niebo. Im dalej od nas są gwiazdy lub galaktyki, tym dłużej światło od nich podróżuje i w im bardziej odległą przeszłość możemy zajrzeć w przeszłość. Na przykład widzimy najbliższą nam grupę gwiazd, Alfa Centauri, tak jak to było 4,3 roku temu. A mgławica Andromedy wygląda tak, jak 2,5 miliona lat temu.
Dlaczego różne obiekty kosmiczne mają prawie taką samą względną zawartość helu, ale różną zawartość cięższych pierwiastków?
Czy wszechświat gwiezdny jest skończony czy nieskończony?
Granica obserwowalnego Wszechświata gwiazdowego znajduje się w odległości około 13,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jest to odległość, jaką światło przebędzie w czasie od powstania pierwszych gwiazd. Nie odkryto jeszcze żadnych gwiazd w większej odległości od nas.
> Czym jest galaktyka?
Dowiadywać się, czym jest galaktyka: opis powstawania Wszechświata, ciekawostki ze zdjęciami z Hubble'a, Drogi Mlecznej, rozmiary, liczba gwiazd i ciemna materia.
Na pewno wiesz, że Układ Słoneczny nie istnieje w izolacji. Wraz z innymi gwiazdami Słońce znajduje się w . Ale czym jest galaktyka? W uproszczeniu jest to zbiór gwiazd zgromadzonych na określonym obszarze za pomocą siły grawitacji.
Dowiedzieliśmy się wiele o naszej macierzystej galaktyce, więc przyjrzyjmy się tej koncepcji przez Drogę Mleczną. Należy do typu galaktyk spiralnych i zawiera jasne jądro gęsto wypełnione gwiazdami. Pozostałe gwiazdy obracają się wokół, tworząc spłaszczony dysk. W sumie w Drodze Mlecznej znajduje się 200–400 miliardów gwiazd. Ma dwa ramiona spiralne wystające poza rdzeń, a także rodzaj spiralnego wiatraczka rozciągającego się do zewnętrznych krawędzi. Szerokość sięga 100 000 lat świetlnych.
Warto zaznaczyć, że obserwowane gwiazdy stanowią jedynie niewielką część całej galaktyki. Jest również otoczona gigantyczną aureolą. Nie można go zobaczyć, nie styka się ze zwykłą materią i nie wytwarza identyfikowalnego rodzaju promieniowania. Ale możemy udowodnić jego obecność, ponieważ nadal wpływa on grawitacyjnie na inne obiekty. Jeśli gwiazdy zajmują około 580 miliardów mas Słońca, ciemna materia może pokryć 6 bilionów.
Ale nasza galaktyka Droga Mleczna to tylko jeden przykład. Są też eliptyczne, których jest znacznie więcej. To tutaj znajdują się najwięksi przedstawiciele. Na przykład z 2,7 biliona gwiazd. Najmniejszym typem są ultrakompaktowe gromady karłowate, które są tylko nieznacznie większe od gromad kulistych.
Gwiazdy są przyciągane i tworzą galaktyki, które również gromadzą się w gromadach. Na górze znajdują się supergromady mogące zawierać miliony galaktyk i osiągające szerokość setek milionów lat świetlnych. Teraz możesz sobie wyobrazić, czym jest galaktyka.
5 niesamowitych faktów o pierwszych galaktykach we wszechświecie
Jednym z najbardziej zdumiewających faktów na temat Wszechświata jest to, że nie istniał on zawsze. Wszystko, co obecnie obserwujemy, pochodzi z maleńkich cząstek materii, które rosły grawitacyjnie oraz w wyniku zderzeń i fuzji. Kiedy patrzymy na odległe obiekty, widzimy światło wyemitowane miliony lub miliardy lat temu (w zależności od odległości).
Pewnego dnia technologia osiągnie poziom, na którym zobaczymy Wszechświat pozbawiony galaktyk i gwiazd. Czekamy na wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w 2018 roku, ale teraz mamy zaskakujące pięć interesujących faktów na temat najodleglejszych obiektów na zdjęciu.
- Na początku nie było planet skalistych. Gwiazda wyłania się z gazu molekularnego. W gromadzie tworzą się duże obłoki gazu, zamieniające się w gwiazdy i małe światy, które stają się planetami (z wodoru i helu). Ale cięższe pierwiastki pojawiły się po eksplozjach pierwszych gwiazd, które utworzyły je podczas procesów jądrowych.
- Wczesne galaktyki były znacznie mniejsze od współczesnych. Pierwsze utworzone neutralne atomy zaczęły łączyć się w nasiona o masie kilku milionów mas Słońca. Po 50-200 milionach lat grawitacja spowodowała ich zapadnięcie się i utworzenie pierwszych gwiazd. Następnie grawitacja ponownie zmusza je do połączenia się w gromadę, zwiększając intensywność pojawiania się nowych młodych gwiazd. W ten sposób zaczęły powstawać pierwsze galaktyki.
- Niezależnie od tego, jak bardzo teleskop Hubble’a się stara, nie jest on wystarczająco mocny, aby zobaczyć pierwsze galaktyki. Kiedy się tworzą, są wypełnione gorącymi, jasnoniebieskimi gwiazdami. Ale to światło w drodze do nas musi przebyć 13 miliardów lat. Rozszerzanie się przestrzeni powoduje, że światło UV miesza się z obszarem średniej podczerwieni widma. Dlatego naukowcy z niecierpliwością czekają na wystrzelenie Jamesa Webba.
- Najbardziej masywne gwiazdy istniały już w dawnych czasach. Jeśli teraz spojrzymy na terytorium ultramasywnych gwiazd, możemy znaleźć najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy. Największą mgławicą na naszym terytorium jest Tarantula, w której żyje najstarsza gwiazda R136a1. Jest 250 razy masywniejszy od Słońca i powstaje z pierwotnego wodoru i helu. Skalę parametrów będziemy jednak mogli osiągnąć wraz z premierą Jamesa Webba.
- Pierwsze supermasywne czarne dziury powinny pojawić się w centrach galaktyk już w momencie ich narodzin. Co zaskakujące, im większa gwiazda, tym krótsza jej żywotność. Najbardziej masywne obiekty żyją zaledwie kilka milionów lat, po czym umierają w postaci supernowych lub zapadają się w czarną dziurę. Te ostatnie szybko przemieszczają się do centrów galaktycznych, gdzie urastają do typu supermasywnego. Wczesne galaktyki mogą zawierać dziury 4 miliony razy masywniejsze od Słońca.
Istnieją trzy główne typy galaktyk: spiralne, eliptyczne i nieregularne. Do pierwszych należą na przykład Droga Mleczna i Andromeda. W centrum znajdują się obiekty i czarna dziura, wokół której krąży aureola gwiazd i ciemnej materii. Ramiona odchodzą od rdzenia. Kształt spirali powstaje w wyniku tego, że galaktyka nie przestaje się obracać. Wielu przedstawicieli ma tylko jeden rękaw, ale niektórzy mają trzy lub więcej.
Tabela charakterystyk głównych typów galaktyk
Te spiralne występują w wersji ze swetrem lub bez. W pierwszym typie środek przecina gęsty pasek gwiazd. A w tym ostatnim takiej formacji nie obserwuje się.
Galaktyki eliptyczne zawierają najstarsze gwiazdy i nie mają wystarczającej ilości pyłu i gazu, aby stworzyć młode. Mogą mieć kształt koła, owalu lub spirali, ale bez rękawów.
Około jedna czwarta galaktyk to grupy nieregularne. Są mniejsze od spiralnych i czasami mają dziwaczne kształty. Można je wytłumaczyć pojawieniem się nowych gwiazd lub kontaktem grawitacyjnym z sąsiednią galaktyką. Wśród nieprawidłowych znajdują się .
Istnieje również wiele podtypów galaktycznych: Seyfert (szybko poruszające się spirale), jasne nadolbrzymy eliptyczne (pochłaniają inne), nadolbrzymy pierścieniowe (bez jądra) i inne.