Галактики в космосе: Современное понятие о Вселенной

Содержание

Что такое галактика и как она устроена

История изучения планет и звезд измеряется тысячелетиями, Солнца, комет, астероидов и метеоритов – столетиями. А вот галактики, разбросанные по Вселенной скопления звезд, космического газа и пылевых частиц, стали объектом научного исследования лишь в 1920-е годы.

Алексей Левин

Галактики наблюдали с незапамятных времен. Человек с острым зрением может различить на ночном небосводе светлые пятна, похожие на капли молока. В Х веке персидский астроном Абд-аль-Раман аль-Суфи упомянул в своей «Книге о неподвижных звездах» два подобных пятна, известных теперь как Большое Магелланово облако и галактика М31, она же Андромеда. С появлением телескопов астрономы наблюдали все больше таких объектов, получивших название туманностей. Если английский астроном Эдмунд Галлей в 1716 году перечислил всего шесть туманностей, то каталог, опубликованный в 1784 году астрономом французского военно-морского флота Шарлем Мессье, содержал уже 110 — и среди них четыре десятка настоящих галактик (в том числе и М31). В 1802 году Уильям Гершель опубликовал перечень из 2500 туманностей, а его сын Джон в 1864 году издал каталог, где было более 5000 туманностей.

Природа этих объектов долгое время ускользала от понимания. В середине XVIII века некоторые проницательные умы увидели в них звездные системы, подобные Млечному Пути, однако телескопы в то время не предоставляли возможности проверить эту гипотезу. Столетием позже восторжествовало мнение, что каждая туманность — это газовое облако, подсвеченное изнутри молодой звездой. Позже астрономы убедились, что некоторые туманности, в том числе и Андромеда, содержат множество звезд, однако еще долго не было ясно, расположены они в нашей Галактике или за ее пределами. И лишь в 1923—1924 годах Эдвин Хаббл определил, что расстояние от Земли до Андромеды как минимум троекратно превосходит диаметр Млечного Пути (на самом деле примерно в 20 раз) и что М33, другая туманность из каталога Мессье, удалена от нас на никак не меньшую дистанцию. Эти результаты положили начало новой научной дисциплине — галактической астрономии.

Карлики и гиганты

Вселенная заполнена галактиками разного размера и разных масс. Их количество известно весьма приблизительно. В 2004 году орбитальный телескоп «Хаббл» за три с половиной месяца обнаружил около 10 000 галактик, сканируя в южном созвездии Печи участок небосвода, в сто раз меньший, нежели площадь лунного диска. Если предположить, что галактики распределяются по небесной сфере с такой же плотностью, получится, что в наблюдаемом космосе их 200 млрд. Однако эта оценка сильно занижена, поскольку телескоп не смог заметить великое множество очень тусклых галактик.

Форма и содержание

Галактики различаются и морфологией (то есть формой). В целом их подразделяют на три основных класса — дисковидные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). Это общая классификация, есть гораздо более детальные.

Дисковидная галактика — это звездный блин, вращающийся вокруг оси, проходящей через его геометрический центр. Обычно по обе стороны центральной зоны блина имеется овальное вздутие — балдж (от англ. bulge). Балдж тоже вращается, однако с меньшей угловой скоростью, нежели диск. В плоскости диска нередко наблюдаются спиральные ветви, изобилующие сравнительно молодыми яркими светилами. Однако есть галактические диски и без спиральной структуры, где таких звезд много меньше.

Центральную зону дисковидной галактики может рассекать звездная перемычка — бар. Пространство внутри диска заполнено газопылевой средой — исходным материалом для новых звезд и планетных систем. Галактика имеет два диска: звездный и газовый. Они окружены галактическим гало — сферическим облаком разреженного горячего газа и темной материи, которая и вносит основной вклад в полную массу галактики. Гало вмещает также отдельные старые звезды и шаровые звездные скопления (глобулярные кластеры) возрастом до 13 млрд лет. В центре едва ли не любой дисковидной галактики, как с балджем, так и без балджа, расположена сверхмассивная черная дыра. Самые крупные галактики этого типа содержат по 500 млрд звезд.

Солнце обращается вокруг центра вполне рядовой спиральной галактики, в состав которой входят 200-400 миллиардов звезд. Ее диаметр приблизительно равен 28 килопарсекам (чуть больше 90 световых лет). Радиус солнечной внутригалактической орбиты — 8,5 килопарсек (так что наше светило смещено к внешнему краю галактического диска), время полного оборота вокруг центра Галактики — примерно 250 миллионов лет.
Балдж Млечного Пути имеет эллипсовидную форму и наделен баром, который обнаружили совсем недавно. В центре балджа находится компактное ядро, заполненное звездами различного возраста — от нескольких миллионов лет до миллиарда и старше. Внутри ядра за плотными пылевыми облаками скрывается достаточно скромная по галактическим стандартам черная дыра — всего лишь 3,7 миллиона солнечных масс.
Наша Галактика может похвастаться двойным звездным диском. На долю внутреннего диска, который имеет по вертикали не более 500 парсек, приходится 95% звезд дисковой зоны, в том числе все молодые яркие звезды. Его охватывает внешний диск толщиной в полторы тысячи парсек, где обитают звезды постарше. Газовый (точнее, газо-пылевой) диск Млечного Пути имеет в толщину не менее 3,5 килопарсек. Четыре спиральных рукава диска представляют собой области повышенной плотности газо-пылевой среды и содержат большинство самых массивных звезд.
Диаметр гало Млечного Пути не менее, чем вдвое больше диаметра диска. Там обнаружено порядка 150 глобулярных кластеров, причем, скорее всего, еще с полсотни пока не открыты. Возраст старейших кластеров превышает 13 миллиардов лет. Гало заполнено темной материей, имеющей комковатую структуру. До недавнего времени полагали, что гало почти шарообразно, однако, по последним данным, оно может быть значительно приплюснуто. Общая масса Галактики может составлять до 3 триллионов солнечных масс, причем на долю темной материи приходится 90-95%. Масса звезд Млечного Пути оценивается в 90-100 миллиардов масс Солнца.

Эллиптическая галактика, как и следует из ее названия, имеет форму эллипсоида. Она не вращается как целое и потому не обладает осевой симметрией. Ее звезды, которые в основном имеют сравнительно небольшую массу и солидный возраст, обращаются вокруг галактического центра в разных плоскостях и иногда не по отдельности, а сильно вытянутыми цепочками. Новые светила в эллиптических галактиках загораются редко в связи с дефицитом исходного сырья — молекулярного водорода.

Как самые крупные, так и самые мелкие галактики относятся к эллиптическому типу. Общая доля его представителей в галактическом населении Вселенной всего около 20%. Эти галактики (возможно, за исключением самых мелких и тусклых) также скрывают в своих центральных зонах сверхмассивные черные дыры. Эллиптические галактики имеют и гало, но не столь четкие, как у дисковидных.

Все прочие галактики считаются иррегулярными. Они содержат много пыли и газа и активно порождают молодые звезды. На умеренных расстояниях от Млечного Пути таких галактик немного, всего-то 3%. Однако среди объектов с большим красным смещением, чей свет был испущен не позже, чем через 3 млрд лет после Большого взрыва, их доля резко возрастает. Судя по всему, все звездные системы первого поколения были невелики и обладали неправильными очертаниями, а крупные дисковидные и эллиптические галактики возникли гораздо позже.

Рождение галактик

Галактики появились на свет вскоре после звезд. Считается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва. В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.

Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам. Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать. Таким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения. Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.

«Многие детали галактогенеза еще скрыты в тумане, — говорит Джон Корменди. — В частности, это относится к роли черных дыр. Их массы варьируют от десятков тысяч масс Солнца до абсолютного на сегодняшний день рекорда в 6,6 млрд солнечных масс, принадлежащего черной дыре из ядра эллиптической галактики М87, расположенной в 53,5 млн световых лет от Солнца. Дыры в центрах эллиптических галактик, как правило, окружены балджами, составленными из старых звезд. Спиральные галактики могут вовсе не иметь балджей или же обладать их плоскими подобиями, псевдобалджами. Масса черной дыры обычно на три порядка меньше массы балджа — естественно, если оный наличествует. Эта закономерность подтверждается наблюдениями, охватывающими дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных масс».

Как полагает профессор Корменди, галактические черные дыры набирают массу двумя путями. Дыра, окруженная полноценным балджем, растет за счет поглощения газа, который приходит к балджу из внешней зоны галактики. Во время слияния галактик интенсивность поступления этого газа резко возрастает, что инициирует вспышки квазаров. В результате балджи и дыры эволюционируют параллельно, что и объясняет корреляцию между их массами (правда, могут работать и другие, еще неизвестные механизмы).

Иное дело безбалджевые галактики и галактики с псевдобалджами. Массы их дыр обычно не превышают 104−106 солнечных масс. По мнению профессора Корменди, они подкармливаются газом за счет случайных процессов, которые происходят недалеко от дыры, а не простираются на целую галактику. Такая дыра растет вне зависимости от эволюции галактики или ее псевдобалджа, чем и обусловлено отсутствие корреляции между их массами.

Растущие галактики

Галактики могут увеличивать и размер, и массу. «В далеком прошлом галактики делали это гораздо эффективней, нежели в недавние космологические эпохи, — объясняет профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз Гарт Иллингворт. — Темпы рождения новых звезд оценивают в терминах годового производства единицы массы звездного вещества (в этом качестве выступает масса Солнца) на единицу объема космического пространства (обычно это кубический мегапарсек). Во времена формирования первых галактик этот показатель был весьма невелик, а затем пошел в быстрый рост, продолжавшийся до тех пор, пока Вселенной не исполнилось 2 млрд лет. Еще 3 млрд лет он был относительно постоянным, потом начал снижаться почти пропорционально времени, и снижение это продолжается по сей день. Так что 7−8 млрд лет назад средний темп звездообразования в 10−20 раз превышал современный. Большинство доступных наблюдению галактик уже полностью сформировались в ту далекую эпоху».

В общих чертах эта тенденция понятна. Галактики увеличиваются двумя основными способами. Во-первых, они получают свежий материал для звездообразования, втягивая из окружающего пространства газ и частицы пыли. В течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва этот механизм исправно работал просто потому, что звездного сырья в космосе хватало всем. Потом, когда запасы истощились, темп звездного рождения упал. Однако галактики нашли возможность увеличивать его за счет столкновения и слияния. Правда, для реализации этого варианта необходимо, чтобы сталкивающиеся галактики располагали приличным запасом межзвездного водорода. Крупным эллиптическим галактикам, где его практически не осталось, слияние не помогает, зато в дисковидных и неправильных оно работает.

Курс на столкновение

Посмотрим, что происходит при слиянии двух примерно одинаковых галактик дискового типа. Их звезды практически никогда не сталкиваются — слишком велики расстояния между ними. Однако газовый диск каждой галактики ощущает приливные силы, обусловленные притяжением соседки. Барионное вещество диска теряет часть углового момента и смещается к центру галактики, где возникают условия для взрывного роста скорости звездообразования. Часть этого вещества поглощается черными дырами, которые тоже набирают массу. В заключительной фазе объединения галактик черные дыры сливаются, а звездные диски обеих галактик теряют былую структуру и рассредоточиваются в пространстве. В итоге из пары спиральных галактик образуется одна эллиптическая. Но это отнюдь не полная картина. Излучение молодых ярких звезд способно выдуть часть водорода за пределы новорожденной галактики. В то же время активная аккреция газа на черную дыру вынуждает последнюю время от времени выстреливать в пространство струи частиц огромной энергии, подогревающие газ по всей галактике и тем препятствующие формированию новых звезд. Галактика постепенно затихает — скорее всего, навсегда.

Галактики неодинакового калибра сталкиваются по-иному. Крупная галактика способна поглотить карликовую (сразу или в несколько приемов) и при этом сохранить собственную структуру. Этот галактический каннибализм тоже может стимулировать процессы звездообразования. Карликовая галактика полностью разрушается, оставляя после себя цепочки звезд и струи космического газа, которые наблюдаются как в нашей Галактике, так и в соседней Андромеде. Если же одна из сталкивающихся галактик не слишком превосходит другую, возможны даже более интересные эффекты.

В ожидании супертелескопа

Галактическая астрономия дожила почти до столетия. Она начала практически с нуля и достигла очень многого. Однако количество нерешенных проблем очень велико. Ученые ожидают очень много от инфракрасного орбитального телескопа «Джеймс Уэбб»..

Астрономы нашли ископаемые рукава нашей Галактики

https://ria. ru/20211214/galaktika-1763669645.html

Астрономы нашли ископаемые рукава нашей Галактики

Астрономы нашли ископаемые рукава нашей Галактики — РИА Новости, 14.12.2021

Астрономы нашли ископаемые рукава нашей Галактики

Ученые использовали данные космической миссии Gaia для создания новой карты внешнего диска Млечного Пути. При этом они обнаружили свидетельства ранее… РИА Новости, 14.12.2021

2021-12-14T15:03

2021-12-14T16:53

наука

астрономия

европейское космическое агентство

космос — риа наука

астрофизика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/0c/0e/1763696280_0:79:883:575_1920x0_80_0_0_29c285c21c40c4efa13f8c058649ed5e.jpg

МОСКВА, 14 дек — РИА Новости. Ученые использовали данные космической миссии Gaia для создания новой карты внешнего диска Млечного Пути. При этом они обнаружили свидетельства ранее существовавших у нашей Галактики спиральных рукавов. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.Главная задача обсерватории Gaia Европейского космического агентства (ESA) — составить подробную карту распределения звезд нашей Галактики с учетом их движения. Исследователи из Испании и Великобритании проанализировали информацию, собранную обсерваторией с декабря 2020 года, и построили схему, на которой нашли отражение многие ранее неизвестные вращающиеся нитевидные структуры на краю диска.Причем их количество оказалось слишком большим, чтобы объяснить появление прошлыми взаимодействиями с мелкими галактиками-спутниками, как это предполагают общие модели образования Млечного Пути. Авторы считают, что это остатки приливных рукавов диска Млечного Пути, которые в разное время возбуждались различными галактиками-спутниками.Наша Галактика сейчас окружена примерно 50 такими спутниками и в прошлом поглотила множество других галактик. Считается, что сейчас структура Млечного Пути нарушается карликовой галактикой Стрельца, но в более далеком прошлом он взаимодействовал с другим спутниками, такими, например, как карликовая галактика Гайя-Энцелад, известная также как «галактика-сосиска», обломки которой рассеялись на окраинах Млечного Пути. В более раннем исследовании эта же группа ученых под руководством Шервена Ляпорта из Института космических наук Университета Барселоны установила, что в одной из нитевидных структур внешнего диска есть звезды, возраст которых в основной своей массе превышает восемь миллиардов лет. То есть она не могла образоваться при взаимодействии с одной только относительно молодой галактикой Стрельца.»Мы считаем, что диски реагируют на удары спутников, которые создают вертикальные волны, распространяющиеся, как рябь на пруду», — приводятся в пресс-релизе Королевского астрономического общества слова Ляпорта.Альтернативная точка зрения на образования нитевидных структур предполагает, что они фиксируют гребни крупномасштабных вертикальных искажений в диске Млечного Пути.Чтобы точно установить, какая из двух гипотез правильная, авторы планируют продолжить исследования с помощью телескопа Уильяма Гершеля на Канарских островах. Специальная программа предусматривает изучение звездного населения в каждой из структур. «Обычно эти области Млечного Пути остаются малоизученными из-за пыли, которая сильно заслоняет большую часть промежуточной плоскости Галактики. Хотя пыль влияет на яркость звезды, ее движение остается неизменным. Мы были очень взволнованы, увидев, что данные о движениях звезд помогли нам обнаружить эти нитевидные структуры», — объясняет Ляпорт.По его словам, теперь остается выяснить, что это такое, как они появились, почему в таком большом количестве и что они могут рассказать нам о Млечном Пути, его формировании и эволюции.

https://ria.ru/20200324/1569067228.html

https://ria.ru/20200303/1567984939.html

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/0c/0e/1763696280_5:0:876:653_1920x0_80_0_0_8c21cb54cc789ba4b5e8df36f4551280.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

астрономия, европейское космическое агентство, космос — риа наука, астрофизика

Наука, Астрономия, Европейское космическое агентство, Космос — РИА Наука, астрофизика

МОСКВА, 14 дек — РИА Новости. Ученые использовали данные космической миссии Gaia для создания новой карты внешнего диска Млечного Пути. При этом они обнаружили свидетельства ранее существовавших у нашей Галактики спиральных рукавов. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Главная задача обсерватории Gaia Европейского космического агентства (ESA) — составить подробную карту распределения звезд нашей Галактики с учетом их движения. Исследователи из Испании и Великобритании проанализировали информацию, собранную обсерваторией с декабря 2020 года, и построили схему, на которой нашли отражение многие ранее неизвестные вращающиеся нитевидные структуры на краю диска.

Причем их количество оказалось слишком большим, чтобы объяснить появление прошлыми взаимодействиями с мелкими галактиками-спутниками, как это предполагают общие модели образования Млечного Пути. Авторы считают, что это остатки приливных рукавов диска Млечного Пути, которые в разное время возбуждались различными галактиками-спутниками.

Наша Галактика сейчас окружена примерно 50 такими спутниками и в прошлом поглотила множество других галактик. Считается, что сейчас структура Млечного Пути нарушается карликовой галактикой Стрельца, но в более далеком прошлом он взаимодействовал с другим спутниками, такими, например, как карликовая галактика Гайя-Энцелад, известная также как «галактика-сосиска», обломки которой рассеялись на окраинах Млечного Пути.

24 марта 2020, 13:21Наука

Астрономы нашли край нашей Галактики

В более раннем исследовании эта же группа ученых под руководством Шервена Ляпорта из Института космических наук Университета Барселоны установила, что в одной из нитевидных структур внешнего диска есть звезды, возраст которых в основной своей массе превышает восемь миллиардов лет. То есть она не могла образоваться при взаимодействии с одной только относительно молодой галактикой Стрельца.

«Мы считаем, что диски реагируют на удары спутников, которые создают вертикальные волны, распространяющиеся, как рябь на пруду», — приводятся в пресс-релизе Королевского астрономического общества слова Ляпорта.

Альтернативная точка зрения на образования нитевидных структур предполагает, что они фиксируют гребни крупномасштабных вертикальных искажений в диске Млечного Пути.

Чтобы точно установить, какая из двух гипотез правильная, авторы планируют продолжить исследования с помощью телескопа Уильяма Гершеля на Канарских островах. Специальная программа предусматривает изучение звездного населения в каждой из структур.

«Обычно эти области Млечного Пути остаются малоизученными из-за пыли, которая сильно заслоняет большую часть промежуточной плоскости Галактики. Хотя пыль влияет на яркость звезды, ее движение остается неизменным. Мы были очень взволнованы, увидев, что данные о движениях звезд помогли нам обнаружить эти нитевидные структуры», — объясняет Ляпорт.

По его словам, теперь остается выяснить, что это такое, как они появились, почему в таком большом количестве и что они могут рассказать нам о Млечном Пути, его формировании и эволюции.

3 марта 2020, 16:33Наука

Астрономы объяснили странный изгиб нашей Галактики

Галактики — Мир космоса

Галактика — гигантская, гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс.

Впервые астрономы нашли доказательства столкновения нашей галактики с другой карликовой галактикой. Подтверждением данного факта стала находка четырех…

21 октября 2020

Последняя находка радиоактивного и нестабильного элемента — железо-60, подсказала ученым что Земля вместе с Солнечной системой проходят сквозь облако вещества,…

25 августа 2020

Используя возможности радиотелескопа «ALMA» специалисты обнаружили крайне далекую и молодую галактику, которая очень схожа с нашей галактикой Млечный Путь на…

14 августа 2020

Существуют ли разумные формы жизни в нашей галактике? На этот вопрос астрономы всего мира постоянно ищут ответы. Благодаря новому исследованию, которое…

16 июня 2020

Благодаря последним астрофизическим исследованиям, ученые определили раннее галактическое слияние, которое помогло сформировать Млечный путь….

15 января 2020

Окраины нашей галактики можно смело назвать «звездным домом престарелых», из-за того что там находятся в основном древнейшие звезды. Однако недавнее открытие…

10 января 2020

Специалисты института им. П.К. Штернберга занимаясь изучением звездообразования в галактических дисках разных типов, используя новые современные методы…

04 декабря 2019

Американское космическое агентство NASA показало фотоснимок скопления галактик под названием Арп-Мадор 1. Эта космическая структура удалена от Земли на 704…

29 октября 2019

Случайным образом астрономы наткнулись на следы древнейшей галактики больших размеров, которая появилась на свет на заре Вселенной. Ранее специалисты…

24 октября 2019

В Instagram Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) появилась новая фотография с астрономическим объектом,…

20 октября 2019

Орбитальный телескоп Hubble подарил миру уже немало красивейших фотоснимков с галактиками различных типов, форм, габаритов и уровней яркости. Но крайне редко…

15 октября 2019

Непрофессиональный астроном из Астрахани Влад Рябинин запечатлел знаменитую галактику М33, которая находится в созвездии Треугольника. Работа фотографа была…

14 октября 2019

Астрономы, представляющие Калифорнийский университет в городе Риверсайд, вычислили, что некоторые мини-галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути, были…

12 октября 2019

Млечный Путь, как и многие другие крупные галактики, по ходу своего развития поглощал меньшие по размеру галактики, за счет чего в итоге у него образовалась…

08 октября 2019

Сотрудники Университета Мэриленда (Соединенные Штаты Америки) с удивлением наблюдали, как спокойные галактики в течение всего нескольких месяц вдруг…

21 сентября 2019

Когда речь заходит о падениях неопознанных летающих объектов, на ум первым делом приходит знаменитый Розуэлльский инцидент, шокирующие подробности которого…

08 сентября 2019

При помощи комплекса телескопов Atacama Large Millimeter Array (ALMA) астрономы нашли 39 старых галактик, существование которых противоречит современным…

09 августа 2019

Космический телескоп Hubble запечатлел взаимодействие двух галактик. Новость об этом и впечатляющий фотоснимок опубликованы на официальном сайте…

05 августа 2019

Американским астрофизикам удалось определить, каким образом распределена видимая и темная материя по ближайшим окрестностям нашей Галактики. Так они поняли,…

23 июля 2019

Россия и Индия готовят совместный эксперимент по спектроскопическому исследованию газовых туманностей, который будет произведен на борту будущей китайской…

19 июня 2019

С помощью камеры Wide Field Camera 3 (WFC3), установленной на орбитальном телескопе Hubble, получено красивейшее изображение спиральной галактики NGC 7773,…

10 июня 2019

В направлении созвездия Гидры имеется необычная галактика, которая будоражит умы ученых не один уже год. Долгое время считалось, что там очень мало темной…

07 июня 2019

Американское космическое агентство NASA опубликовало фотоснимок галактики Мессье 90, полученный орбитальным телескопом Hubble. Эта космическая структура, как. ..

27 мая 2019

Ученые знают, что в определенный момент миллиарды лет назад в Млечном Пути произошла загадочная вспышка звездообразования после длительного затишья. Долгое…

15 мая 2019

Астрономы-любители, состоящие в группе Ciel Austral, вооружились небольшим чилийским телескопом шириной всего 160 мм, чтобы получить одно из самых детальных на…

15 мая 2019

Ученые Женевского университета совместно с международной группы экспертов создали каталог дальних галактик, который должен стать неким путеводителем в изучении…

14 мая 2019

Специалисты из Института исследований космоса с помощью космического телескопа (Space Telescope Science Institute) предоставили общественности уникальную…

10 мая 2019

Спиральные галактики считаются одними из самых красочных объектов в космическом пространстве. Американское космическое агентство NASA поделилось новым…

06 мая 2019

Американское космическое агентство опубликовало в Сети фотоснимок, включающий изображения более чем 256 тысяч галактик. Эта фотография стала самым детальным…

06 мая 2019

Японские астрофизики из Физико-математического института Вселенной в Кавли провели новое исследование при помощи оптического телескопа Subaru, чтобы проверить…

26 апреля 2019

Астрономы NASA обратили внимание на мерцающую галактику в форме медузы, которая кажется им весьма необычной и наиболее интересной для исследований. В 2021 году…

24 апреля 2019

Группа исследователей-любителей представила впечатляющий фотоснимок карликовой галактики Большое Магелланово Облако, являющейся спутником Млечного Пути….

16 апреля 2019

Орбитальный телескоп Hubble получил фотоснимки рассеянного звездного скопления Дикая Утка, имеющего ещё названия Мессье 11 и NGC 6705. Данная космическая…

01 апреля 2019

Специалисты космической отрасли отыскали в созвездии Волос Вероники вторую галактику, где либо вовсе отсутствует темная материя, либо её там настолько мало,…

29 марта 2019

Автоматическая обсерватория Hubble получила впечатляющий фотоснимок двух сталкивающихся между собой галактик. Кадр был опубликован на сайте Американского…

10 марта 2019

Специалисты Европейского космического агентства (ESA) смогли вычислить примерную массу Млечного Пути. Как сообщается, наша Галактика весит как 1,5 трлн…

08 марта 2019

Мишель Таллер, являющаяся помощником директора NASA по научной коммуникации, рассказала, что темная энергия способна уничтожить всю Вселенную. Публикация на…

18 февраля 2019

Американские астрономы провели новое исследование с целью уточнения траекторий, по которым движутся галактики Андромеды и Треугольника, являющиеся ближайшими к…

09 февраля 2019

Автоматическая орбитальная обсерватория Hubble отыскала самую древнюю галактику во Вселенной. Полученные телескопом фотоснимки были опубликованы на официальном…

03 февраля 2019

Сотрудники Института астрофизики Канарских островов представили миру детальную карту Вселенной, куда уместили более 10 тысяч галактик, чья удаленность от нас…

26 января 2019

1—40 из 162

‹‹
‹
1
2
3
4
5
›
››

Гигантские галактики из детства Вселенной Истории о космическом происхождении

Недавно международная группа астрономов отправилась в прошлое, когда нашей Вселенной было всего 1,8 миллиарда лет. Они, конечно, не пошли прямо, а остановились на следующей лучшей вещи: собрать 17 часов звездного света с единственного маленького участка далекого космоса с помощью Большой бинокулярной телескопической обсерватории на вершине горы Грэм в юго-восточной Аризоне. Такие виртуальные путешествия с перемоткой часов являются обычным делом в астрономии — конечная скорость света гарантирует, что чем глубже в космос вы смотрите, тем дальше назад во времени вы смотрите. И многие обсерватории по всему миру могут собирать слабые фотоны древнего неба. Но эта конкретная космическая прогулка касалась чего-то особенного — даже тревожного: аномально массивной эллиптической галактики, получившей название C1-23152. Это скопление звезд в форме яйца настолько велико, что бросает вызов общепринятым моделям своего происхождения. Проще говоря, C1-23152 кажется слишком большим для ранней Вселенной.

Считается, что первые галактики были относительно крохотными, складывались из более мелких строительных блоков постепенно и достигали гигантских размеров только после миллиардов лет роста. Имея примерно 200 миллиардов звезд солнечной массы, C1-23152 переворачивает чашу весов для этого сценария. И не только. За последнее десятилетие астрономы обнаружили несколько очень древних и очень больших галактических бегемотов. В 2017 году, например, пара чрезвычайно больших галактик — одна из них способна произвести 2,900 солнечных масс звезд в год — было обнаружено, что они существуют менее чем через 800 миллионов лет после Большого взрыва. В 2019 году было обнаружено, что семейство из 39 огромных галактик, каждая из которых представляет собой звездную фабрику, производящую около 200 звезд солнечной массы в год, пронеслось по Вселенной в течение двух миллиардов лет после ее рождения.

Угрожает ли постоянно растущее число почтенных огромных объектов разрушить традиционную модель формирования галактик? «Хитрость здесь в том, сколько их у вас есть?» — говорит Марсель Нилеман, астроном из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия, который не участвовал в новом исследовании. Горстка не будет иметь значения; Вселенная достаточно велика, чтобы время от времени возникали странные вещи. Но если будущим, все более совершенным телескопам удастся найти их гораздо больше, то, возможно, эти колоссальные галактики из детства Вселенной могут разрушить наше понимание космоса.

Давным-давно в далекой-далекой галактике

То, что стало общепринятой моделью формирования галактик, в значительной степени основано на моделировании космической эволюции, воспроизводящем наши наблюдения за локальной вселенной — то, что мы можем видеть вблизи Млечного Пути. Путь.

После Большого взрыва космос расширился и вытянулся довольно равномерно во всех направлениях. Но, говорит Нилман, вы получаете «крошечные вариации плотности ткани вселенной». Эти вариации являются домом для сгустков темной материи, вещества, которое практически не излучает электромагнитное излучение. Таким образом, темную материю еще предстоит обнаружить напрямую, но наблюдения за галактиками показывают, что эта невидимая масса создает собственное гравитационное притяжение. Это означает, что эти сгустки темной материи притягивают «обычную» материю (то, что мы, люди, можем обнаружить и с чем можем взаимодействовать), большую часть которой составляет газ. Газ падает в эти гравитационные колодцы и сжимается вместе, вызывая звездообразование. Все больше материи продолжает падать в эти постоянно расширяющиеся колодцы, называемые астрономами «ореолами» темной материи, постепенно образуя все более и более крупные структуры в течение 13,8 миллиардов лет жизни Вселенной. Этот процесс должен более или менее создать то распределение галактик, которое мы наблюдаем сегодня, говорит Паоло Саракко, астроном из Итальянского национального института астрофизики и ведущий автор исследования, сообщающего о недавних наблюдениях C1-23152.

Вот почему древние массивные галактики проблематичны. «Для нашего нынешнего понимания образования галактик мы как бы основывались на галактиках, которые знали в то время», — говорит Корал Уилер, астроном из Калифорнийского государственного политехнического университета в Помоне, которая не участвовала в новом исследовании. В эти галактики не входили ни очень старые, ни маленькие, ни большие. Оглядываясь назад во времени с помощью все более мощных телескопов, мы начали обнаруживать эти очевидные выбросы. И по мере того, как число аномальных объектов росло, астрономы начали задаваться вопросом, нужно ли расширять их модели, чтобы освободить место для них, или же эти модели деформируются и ломаются под нагрузкой.

Как сообщалось в Астрофизическом журнале в декабре 2020 года, команде Саракко удалось извлечь некоторые пикантные детали из C1-23152. Свет из далеких космических регионов растягивается расширяющейся Вселенной по мере своего продвижения к Земле. Чем больше он растянут, тем больше его сдвиг в сторону более длинноволнового «красного» участка электромагнитного спектра. Это «красное смещение» звездного света C1-23152 указывает на то, что он появился 12 миллиардов лет назад, еще в молодости Вселенной. Тот факт, что эта галактика одновременно и древняя, и массивная, сам по себе достаточно проблематичен для традиционных моделей медленного, но верного формирования галактик. Но он не просто появился полностью сформированным. Настоящим прорывом Саракко и его команды было проследить историю звездообразования C1-23152 по всей вселенной.

Ключом к этому прорыву было видение спектра гигантской галактики — радужного измерения различных длин волн или цветов, которые объект излучает или поглощает. Определенные цветовые комбинации различают определенные элементы, а это означает, что эту спектральную симфонию можно использовать для определения состава звезд галактики. Саракко говорит, что, используя эту силу, «впервые мы с очень хорошей точностью определили средний возраст звездного населения внутри [C1-23152] и время, необходимое для образования этих звезд».

Количество элементов в C1-23152, которые оказались тяжелее водорода и гелия, которые астрономы коллективно называют «металлами», намекало на его странность. Металлы производятся в процессе звездообразования, которое выбрасывает их в межзвездную среду галактики через сверхновые, делая их доступными для использования звездами следующего поколения. Чем больше металлов, тем больше циклов звездообразования, и современным массивным галактикам потребовалось много миллиардов лет, чтобы стать богатыми металлами. Спектр C1-23152 показал, что галактика была настоящим металлическим золотым дном еще в первые дни своего существования, что означает, что она сделала серия звезд очень быстро, вскоре после того, как она впервые сформировалась.

Как быстро? Спектральные особенности звезд также могут ответить на этот вопрос, потому что они показывают, какие из них имеют элементы, типичные для более молодых или более старых звезд. Возраст самых молодых звезд C1-23152 примерно 150 миллионов лет. Самым древним около 600 миллионов лет. Это означает, что галактика создала около 200 миллиардов солнечных масс всего за полмиллиарда лет, то есть 450 звезд в год, более одной в день. Эта цифра почти в 300 раз превышает оценки текущей мощности Млечного Пути. Если большинство галактик представляют собой медленно горящие дровяные костры, из которых время от времени вспыхивают новые языки пламени, то C1-23152 — это пропитанный бензином костер.

C1-23152 и его близкие родственники ставят астрономов перед потенциально ломающей модель загадкой: как массивные галактики могут собираться и воспламеняться так быстро и так рано? На данный момент ответ, вкратце, заключается в том, что они не могут.

Выращивание Вселенной в коробке

В течение некоторого времени симуляции пытались вырастить эти гигантские галактики. Но это не значит, что они просто не могут этого сделать. Вместо этого проблема может заключаться в том, как они запрограммированы.

«Когда вы запускаете симуляцию, существует компромисс между тем, насколько большой объем вы хотите смоделировать, и тем, сколько деталей вы можете смоделировать из-за мощности вашего компьютера, — говорит Бен Форрест, астроном из Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтор нового исследования. Если эти древние массивные галактики редки, возможно, мы не используем достаточно большие ящики, чтобы дать им возможность появиться. «Возможно, некоторые из симуляций на самом деле не охватывают достаточного объема», — говорит он.

Быстро настроить их так, чтобы они порождали мегагалактики ранних эпох космического времени, тоже непросто. «Требуется много времени, чтобы повторить их. Если вы хотите что-то изменить, вы должны быть уверены, что это правильно, и это то, что вы хотите сделать», — говорит Форрест.

Некоторые из последних итераций симуляций с лучшими данными и вычислительной мощностью действительно предсказывают, что эти массивные галактики существовали в небольшом количестве в ранние времена, добавляет он. Но в отличие от того, что наблюдается в действительности, они, как правило, все еще создают звезды. Древние галактики, в том числе C1-23152, резко прекратили звездообразование после продуктивного пика — либо потому, что у них закончилось водородное и гелиевое топливо, либо потому, что излучение, испускаемое свежими звездами и другими чрезмерно усердными астрофизическими источниками, готовит этот газ и взрывает его. вне досягаемости. Очевидно, что некоторые ингредиенты все еще отсутствуют в наших виртуальных рецептах, поэтому мы пока не можем полагаться на них для объяснения.

В другом месте ученые нашли подсказки, которые могут объяснить происхождение этих древних мегагалактик. Анастасия Фиалкова, космолог из Кембриджского университета, не участвовавшая в последней работе, говорит, что, в отличие от полномасштабных симуляций, расчеты аналитической физики могут «учитывать весь объем Вселенной». И они предполагают, что небольшое количество ореолов темной материи, способных инициировать звездообразование, появляется всего через 40 миллионов лет после Большого взрыва.

Это время значительно раньше, чем большинство ореолов темной материи, которые появляются позже, в молодые эпохи Вселенной — те, которые, как считается, ответственны за заселение большей части галактик, которые мы видим сегодня. Вместо этого ореолы, появившиеся через 40 миллионов лет после Большого взрыва, могли бы дать начало древним массивным галактикам, которые в конечном итоге стали бы обнаруживаемыми с помощью наших телескопов. Ранняя Вселенная также была более плотной, отмечает Уилер. Это сделало бы сбор звездообразующих водорода и гелия вокруг этих первичных ореолов темной материи, а в конечном итоге и галактик, довольно легким делом.

Другой вариант, говорит Нилман, состоит в том, что могло произойти сочетание нескольких вещей. Редкие гиперплотные карманы Вселенной позволили бы множеству галактик слиться на очень раннем этапе, в то время как потоки, направляющие газ в сердце галактики, могли бы ускорить звездообразование.

В любом случае появление огромных древних галактик легче объяснить, если темная материя холодная. Здесь «холодный» означает, что темная материя движется относительно медленно. «Горячая» темная материя будет двигаться со скоростями, приближающимися к скорости света. Вообще говоря, чем холоднее темная материя, тем легче она может сконденсироваться в засеивающие галактики гало. Это предположение может быть не обязательно правильным, но «холодная темная материя — это простейший работающий сценарий темной материи», — говорит Фиалков.

Неясно, какая смесь этих событий лучше всего объясняет происхождение и эволюцию C1-23152, не говоря уже о его колоссальных кузенах. «Это не какой-то особый уголок вселенной», — говорит Саракко. Но, что важно, ничто здесь не угрожает ниспровержением традиционной модели медленного, но верного формирования галактик, говорит он. Эти древние массивные галактики просто представляют собой еще один путь, по которому галактики могут пойти.

Назад в будущее

Традиционная модель на данный момент сохранилась, но только частично, потому что было обнаружено несколько таких массивных галактик. «Мы имеем дело со статистикой малых чисел, — говорит Форрест. Однако ученые не имеют четкого представления об истинном количестве бегемотов. Пока это не изменится, понимание того, какое влияние они оказывают на наше космическое понимание и как галактики развиваются по-разному, останется неоднозначным.

Возможно, мы уже видели гораздо больше этих старых мегагалактик, чем думаем. Для детальных исследований наши телескопы часто обращаются к самым ярким массивным, но выгоревшим галактикам до того, как раскрывается их природа. Однако астрономы заметили более слабые объекты с похожими характеристиками в ранней Вселенной, говорит Стейн Вуйтс, астроном из Университета Бата в Англии, который не участвовал в недавней работе. Они могут оказаться просто менее массивными галактиками или еще более древними массивными галактиками, наблюдаемыми задолго до их звездообразования. Являются ли эти объекты тусклыми свечами ближе к дому или огромными кострами вдали?

Как всегда, требуется больше данных—. И несколько будущих телескопов помогут нам в этой галактической переписи, путешествующей во времени.

Во-первых, нужно обнаружить подозрительные яркие пятна в далеком прошлом. «Если вы хотите получить кучу кандидатов, тогда широкое поле зрения — это здорово», — говорит Форрест. Римский космический телескоп Нэнси Грейс, ранее известный как WFIRST и в настоящее время намеченный к запуску в 2025 году, будет иметь поле зрения, эквивалентное 100 космическим телескопам Хаббла: его широкие чувствительные глаза увидят множество возможных древних массивных галактик.

Затем эти кандидаты должны быть подвергнуты судебно-медицинской экспертизе путем изучения их различных спектров, чтобы определить их свойства и подтвердить, что они действительно являются такими галактиками, а не самозванцами. «В идеале вам нужен действительно большой телескоп, — говорит Форрест. «Это дает вам больше области сбора — это большее ведро, куда фотоны могут попасть от объекта». Тридцатиметровый телескоп на Гавайях может подойти, если он будет построен, и Чрезвычайно большой телескоп также может соответствовать всем требованиям. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который, наконец, запускается в октябре этого года после множества задержек, тоже должен работать хорошо. «Он не такой большой, — говорит Форрест. «Ведро для фотонов немного меньше, но тогда вам не нужно смотреть сквозь атмосферу», поэтому приходится иметь дело с меньшими помехами.

Компания Saracco особенно рада этим новым увеличительным стеклам следующего поколения, потому что они будут делать больше, чем просто находить очень удаленные объекты. «Мы сможем наблюдать внутри галактики [a] в отдельных областях звездообразования», — говорит он. Другими словами, вместо размытой картины объемных характеристик галактики астрономы получат более детальное представление — разницу между грубым наброском и детальной картиной — открыв новую главу в нашем понимании того, как формируются галактики.

Пока не прибудет эта помощь, эта научная область останется в зачаточном состоянии. «С формированием галактик связано так много неопределенности, — говорит Уилер.

Преследование монстров в темноте может нервировать. Они угрожают догмам эпохи, заставляя нас расширять наши прежние модели, чтобы они соответствовали им. И если эти модели растягиваются до предела, ничего страшного. «Мы хотим каким-то образом бросить вызов модели, — говорит Уилер. «Когда вещи не совпадают, тогда становится интересно».

ОБ АВТОРЕ(АХ)

Робин Джордж Эндрюс — вулканолог, писатель и научный обозреватель из Лондона. Его первая книга Super Volcanoes: What They Reveal about Earth and the Worlds Beyond , была опубликована в ноябре 2021 года. Следите за новостями Робина Джорджа Эндрюса в Твиттере. Авторы и права: Ник Хиггинс

28.3: Распределение галактик в космосе

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы
3822

OpenStax
OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объясните космологический принцип и обобщите доказательства того, что он применим в самых больших масштабах известной Вселенной
Опишите состав Местной группы галактик
Различать группы, скопления и сверхскопления галактик
Опишите самые большие структуры во Вселенной, включая пустоты

В предыдущем разделе мы подчеркивали роль слияний в формировании эволюции галактик. Чтобы столкнуться, галактики должны быть достаточно близко друг к другу. Чтобы оценить, как часто происходят столкновения и как они влияют на эволюцию галактик, астрономам необходимо знать, как галактики распределяются в пространстве и в космическом времени. Большинство из них изолированы друг от друга или собираются группами? Если они собираются, то насколько велики эти группы и как и когда они сформировались? И как вообще устроены в космосе галактики и их группы? Например, в одном направлении неба их столько же, сколько в любом другом? Как получилось, что галактики устроены так, как мы видим их сегодня?

Эдвин Хаббл нашел ответы на некоторые из этих вопросов всего через несколько лет после того, как впервые показал, что спиральные туманности являются галактиками, а не частью нашего Млечного Пути. Изучая галактики по всему небу, Хаббл сделал два открытия, которые оказались решающими для изучения эволюции Вселенной.

Космологический принцип

Хаббл проводил наблюдения с помощью крупнейших на тот момент телескопов в мире — 100-дюймового и 60-дюймового рефлекторов на горе Вильсон. Эти телескопы имеют маленькое поле зрения: они могут видеть только небольшую часть неба за раз. Например, чтобы сфотографировать все небо с помощью 100-дюймового телескопа, потребовалось бы больше времени, чем человеческая жизнь. Поэтому вместо этого Хаббл сделал выборку неба во многих областях, подобно тому, как это сделал Гершель со своей звездной оценкой (см. «Архитектура Галактики»). В 1930-х годов Хаббл сфотографировал 1283 образца области и на каждом отпечатке тщательно подсчитал количество изображений галактик (рис. \(\PageIndex{1}\)).

Первое открытие, сделанное Хабблом в результате его исследования, заключалось в том, что количество галактик, видимых в каждой области неба, примерно одинаково. (Строго говоря, это верно только в том случае, если свет от далеких галактик не поглощается пылью в нашей Галактике, но Хаббл сделал поправку на это поглощение.) Он также обнаружил, что число галактик увеличивается с увеличением слабости, как мы и ожидали бы, если бы плотность галактик примерно одинакова на всех расстояниях от нас.

Чтобы понять, что мы имеем в виду, представьте, что вы делаете снимки на переполненном стадионе во время аншлагового концерта. Люди, сидящие рядом с вами, выглядят большими, поэтому на фото поместятся лишь некоторые из них. Но если вы сосредоточитесь на людях, сидящих на сиденьях далеко на другом конце стадиона, они кажутся такими маленькими, что в вашу картину влезет гораздо больше. Если все части стадиона имеют одинаковое расположение сидений, то по мере того, как вы смотрите все дальше и дальше, на вашей фотографии будет все больше и больше людей. Точно так же, когда Хаббл смотрел на все более и более тусклые галактики, он видел их все больше и больше.

Рисунок \(\PageIndex{1}\) Хаббл за работой. Эдвин Хаббл у 100-дюймового телескопа на горе Вильсон.

Выводы Хаббла чрезвычайно важны, поскольку они показывают, что Вселенная одновременно изотропна и однородна — она выглядит одинаково во всех направлениях, и большой объем пространства при любом данном красном смещении или расстоянии очень похож на любой другой объем на это красное смещение. Если это так, то не имеет значения, какую часть Вселенной мы наблюдаем (при условии, что это значительная часть): любая часть будет выглядеть так же, как и любая другая.

Результаты Хаббла — и многие другие, которые последовали за почти 100 лет с тех пор — подразумевают не только то, что Вселенная везде примерно одинакова (не считая изменений во времени), но также и то, что, если не считать мелкомасштабных локальных различий, часть мы можем видеть вокруг нас является представителем целого. Идея о том, что вселенная везде одинакова, называется космологическим принципом и является исходным предположением почти для всех теорий, описывающих всю вселенную (см. Большой взрыв).

Без космологического принципа мы вообще не смогли бы продвинуться в изучении Вселенной. Предположим, что наш собственный район был бы в чем-то необычным. Тогда мы могли бы понять, на что похожа Вселенная, не больше, чем если бы мы оказались на теплом острове в южном море без внешней связи и пытались понять географию Земли. С нашей ограниченной островной точки зрения мы не могли знать, что некоторые части планеты покрыты снегом и льдом или что существуют большие континенты с гораздо большим разнообразием ландшафта, чем на нашем острове.

Хаббл просто подсчитал количество галактик в разных направлениях, не зная, насколько далеко большинство из них. С помощью современных инструментов астрономы измерили скорости и расстояния до сотен тысяч галактик и, таким образом, построили осмысленную картину крупномасштабной структуры Вселенной. В оставшейся части этого раздела мы опишем, что мы знаем о распределении галактик, начиная с ближайших.

Местная группа

Область вселенной, по которой у нас есть самая подробная информация, как и следовало ожидать, является нашим собственным локальным районом. Оказывается, Галактика Млечный Путь является членом небольшой группы галактик, которую не слишком изобретательно называют 9-й галактикой.0074 Локальный Групповой . Он раскинулся примерно на 3 миллиона световых лет и состоит из более чем 54 членов. Есть три большие спиральные галактики (наша, галактика Андромеды и М33), две промежуточные эллиптические и множество карликовых эллиптических и неправильных галактик.

Новые члены Местной группы все еще обнаруживаются. В «Галактике Млечный Путь» мы упомянули карликовую галактику всего в 80 000 световых лет от Земли и примерно в 50 000 световых лет от центра галактики, открытую в 1994 в созвездии Стрельца. (На самом деле этот карлик подбирается слишком близко к гораздо большему Млечному Пути и в конечном итоге будет поглощен им.)

Многие из недавних открытий стали возможными благодаря новому поколению автоматических, чувствительных широкоугольных исследований, таких как Цифровой обзор неба Слоана, который отображает положения миллионов звезд на большей части видимого неба. Изучая данные с помощью сложных компьютерных программ, астрономы обнаружили множество крошечных, тусклых карликовых галактик, которые почти невидимы глазу даже на этих глубоких телескопических изображениях. Эти новые открытия могут помочь решить давнюю проблему: преобладающие теории формирования галактик предсказывали, что вокруг больших галактик, таких как Млечный Путь, должно быть больше карликовых галактик, чем наблюдалось, и только теперь у нас есть инструменты для их обнаружения. слабых и крошечных галактик и начать сравнивать их количество с теоретическими предсказаниями.

Вы можете прочитать больше об опросе Слоана и его потрясающих результатах. И взгляните на эту короткую анимацию полета через расположение галактик, выявленное в ходе исследования.

Несколько новых карликовых галактик также были обнаружены вблизи галактики Андромеды. Такие карликовые галактики трудно найти, потому что они обычно содержат относительно мало звезд, и их трудно отличить от звезд переднего плана в нашем Млечном Пути.

Рисунок \(\PageIndex{2}\) представляет собой грубый набросок, показывающий, где расположены более яркие элементы локальной группы. Среднее движение всех галактик в Местной группе показывает, что ее общая масса составляет около \(4 × 10^{12}\) \(M_{\text{Солнце}}\), и по крайней мере половина этой масса содержится в двух гигантских спиралях — галактике Андромеды и галактике Млечный Путь. И имейте в виду, что значительная часть массы в Местной группе находится в форме темной материи.

Рисунок \(\PageIndex{2}\) Локальная группа. На этой иллюстрации показаны некоторые члены Местной группы галактик с нашим Млечным Путем в центре. На изображении вверху в разобранном виде показана область, ближайшая к Млечному Пути, и оно вписывается в увеличенный вид внизу, как показано пунктирными линиями. Все три самые большие галактики среди примерно трех десятков членов Местной группы представляют собой спирали; остальные представляют собой маленькие неправильные галактики и карликовые эллиптические галактики. С момента создания этой карты было найдено несколько новых членов группы.

Соседние группы и скопления

Небольшие группы галактик, подобные нашей, трудно заметить на больших расстояниях. Однако существуют гораздо более значительные группы, называемые скоплениями галактик, которые легче обнаружить даже на расстоянии многих миллионов световых лет. Такие скопления описываются как бедных или богатых в зависимости от того, сколько галактик они содержат. Богатые скопления состоят из тысяч или даже десятков тысяч галактик, хотя многие из галактик довольно тусклые и их трудно обнаружить.

Ближайшее умеренно богатое скопление галактик называется Скоплением Девы, в честь созвездия, в котором оно видно. Она находится на расстоянии около 50 миллионов световых лет и содержит тысячи элементов, некоторые из которых показаны на рисунке \(\PageIndex{3}\). Гигантская эллиптическая (и очень активная) галактика M87, которую вы узнали и полюбили в главе об активных галактиках, квазарах и сверхмассивных черных дырах, принадлежит скоплению Девы.

Рисунок \(\PageIndex{3}\) Центральная область скопления Девы. Дева — ближайшее богатое скопление и находится на расстоянии около 50 миллионов световых лет. Он содержит сотни ярких галактик. На этом снимке вы видите только центральную часть скопления, включая гигантскую эллиптическую галактику M87, чуть ниже центра. Видны другие спирали и эллипсы; две галактики вверху справа известны как «Глаза».

Хорошим примером скопления, которое намного больше, чем комплекс Девы, является скопление Волосы диаметром не менее 10 миллионов световых лет (Рисунок \(\PageIndex{4}\)). {15}\) \(M_{\text{Солнце}}\) (достаточно массы, чтобы образовать 4 миллиона миллиардов звезд, подобных Солнцу).

Давайте остановимся здесь на минутку. Мы сейчас обсуждаем числа, перед которыми даже астрономы иногда чувствуют себя ошеломленными. В скоплении Волос может быть 10, 20 или 30 тысяч галактик, и в каждой галактике миллиарды и миллиарды звезд. Если бы вы путешествовали со скоростью света, вам все равно потребовалось бы более 10 миллионов лет (дольше, чем история человечества), чтобы пересечь этот гигантский рой галактик. И если бы вы жили на планете на окраине одной из этих галактик, многие другие члены скопления были бы достаточно близко, чтобы стать примечательными достопримечательностями в вашем ночном небе.

Рисунок \(\PageIndex{4}\) Центральная область скопления Комы. Это комбинированное изображение в видимом свете (из Слоановского цифрового обзора неба) и в инфракрасном (из космического телескопа Спитцера) изображение было закодировано цветом, так что слабые карликовые галактики видятся зелеными. Обратите внимание на количество маленьких зеленых пятен на изображении. Скопление находится примерно в 320 миллионах световых лет от нас.

Действительно богатые скопления, такие как Кома, обычно имеют высокую концентрацию галактик вблизи центра. Мы можем видеть гигантские эллиптические галактики в этих центральных областях, но мало спиральных галактик, если они вообще есть. Спирали, которые существуют, обычно располагаются на окраинах скоплений.

Можно сказать, что эллиптические тренажеры очень «социальны»: они часто собираются в группы и очень любят «тусоваться» с другими эллиптическими тренажерами в людных местах. Именно в таких скоплениях наиболее вероятны столкновения, и, как мы обсуждали ранее, мы думаем, что большинство крупных эллиптических образований образуются за счет слияния более мелких галактик.

Спирали, с другой стороны, более «застенчивы»: их чаще можно найти в бедных скоплениях или на краях богатых скоплений, где столкновения с меньшей вероятностью разрушат спиральные рукава или лишат газ, необходимый для продолжения звездообразование.

ГРАВИТАЦИОННОЕ ЛИНЗИРОВАНИЕ

Как мы видели в книге «Черные дыры и искривленное пространство-время», пространство-время более искривлено в областях с сильным гравитационным полем. Свет, проходящий очень близко к скоплению материи, кажется, движется по изогнутой траектории. В случае звездного света, проходящего близко к Солнцу, мы измеряем положение далекой звезды так, чтобы оно немного отличалось от ее истинного положения.

Теперь давайте рассмотрим случай, когда свет от далекой галактики или квазара проходит вблизи концентрации материи, такой как скопление галактик, на пути к нашим телескопам. Согласно общей теории относительности, световой путь может изгибаться по-разному; в результате мы можем наблюдать искаженные и даже множественные изображения (рис. \(\PageIndex{5}\)).

Рисунок \(\PageIndex{5}\) Гравитационное линзирование. На этом рисунке показано, как гравитационная линза может создавать два изображения. Два световых луча от далекого квазара преломляются, проходя мимо галактики на переднем плане; затем они вместе прибывают на Землю. Хотя два луча света содержат одну и ту же информацию, теперь кажется, что они исходят из двух разных точек на небе. Этот набросок упрощен и не соответствует масштабу, но он дает общее представление о феномене линзирования.

Гравитационные линзы могут давать не только двойные изображения, как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\), но и множественные изображения, дуги или кольца. Первая гравитационная линза была открыта в 19 г.79, показал два изображения одного и того же удаленного объекта. В конце концов, астрономы использовали космический телескоп Хаббла для получения замечательных изображений эффектов гравитационных линз. Один из примеров показан на рисунке \(\PageIndex{6}\).

Рисунок \(\PageIndex{6}\) Несколько изображений сверхновой с гравитационной линзой. Свет от сверхновой на расстоянии 9 миллиардов световых лет прошел рядом с галактикой в скоплении на расстоянии около 5 миллиардов световых лет. На увеличенной врезке галактики стрелки указывают на несколько изображений взрывающейся звезды. Изображения расположены вокруг галактики в виде креста, называемого крестом Эйнштейна. Синие полосы, обвивающие галактику, — это растянутые изображения спиральной галактики-хозяина сверхновой, которые были искажены искривлением пространства.

Общая теория относительности предсказывает, что свет от удаленного объекта также может усиливаться за счет эффекта линзы, в результате чего невидимые объекты становятся достаточно яркими, чтобы их можно было обнаружить. Это особенно полезно для исследования самых ранних стадий формирования галактик, когда Вселенная была молода. На рисунке \(\PageIndex{7}\) показан пример очень далекой слабой галактики, которую мы можем подробно изучить только потому, что ее световой путь проходит через большое скопление массивных галактик, и теперь мы видим ее более яркое изображение.

Рисунок \(\PageIndex{7}\) Искаженные изображения далекой галактики, полученные в результате гравитационного линзирования в скоплении галактик. Округлые контуры показывают расположение отчетливых искаженных изображений фоновой галактики, полученных в результате линзирования массой в скоплении. Изображение в рамке слева внизу представляет собой реконструкцию того, как выглядела бы галактика с линзой в отсутствие скопления, основанную на модели распределения массы скопления, которая может быть получена при изучении искаженных изображений галактик. Реконструкция показывает гораздо больше деталей о галактике, чем можно было бы увидеть без линзирования. Как видно из изображения, в этой галактике есть области звездообразования, светящиеся, как яркие елочные лампочки. Они намного ярче, чем любые области звездообразования в нашей Галактике Млечный Путь.

Следует отметить, что видимая масса в галактике — не единственная возможная гравитационная линза. Темная материя также может проявить себя, производя этот эффект. Астрономы используют линзовые изображения со всего неба, чтобы узнать больше о том, где находится темная материя и сколько ее существует.

Сверхскопления и пустоты

После того, как астрономы открыли скопления галактик, они, естественно, задались вопросом, существуют ли во Вселенной еще более крупные структуры. Собираются ли скопления галактик вместе? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны быть в состоянии нанести на карту большие части Вселенной в трех измерениях. Мы должны знать не только положение каждой галактики на небе (это два измерения), но и расстояние до нее от нас (третье измерение).

Это означает, что мы должны иметь возможность измерить красное смещение каждой галактики на нашей карте. Взять для этого спектр каждой отдельной галактики — гораздо более трудоемкая задача, чем просто подсчет галактик, видимых в разных направлениях на небе, как это делал Хаббл. Сегодня астрономы нашли способы получать спектры многих галактик в одном и том же поле зрения (иногда сотни или даже тысячи за раз), чтобы сократить время, необходимое для завершения их трехмерных карт. Более крупные телескопы также могут измерять красное смещение — и, следовательно, расстояния — до гораздо более далеких галактик и (опять же) делать это гораздо быстрее, чем это было возможно ранее.

Еще одна проблема, с которой столкнулись астрономы, решая, как построить карту Вселенной, аналогична той, с которой столкнулась первая группа исследователей на огромной неизведанной территории на Земле. Поскольку есть только одна группа исследователей и огромное количество земли, им приходится выбирать, куда идти в первую очередь. Одна из стратегий может состоять в том, чтобы двигаться по прямой, чтобы получить представление о местности. Например, они могут пересечь пустынные прерии, а затем попасть в густой лес. Пробираясь через лес, они узнают, насколько он толст в том направлении, в котором они идут, но не его ширина слева или справа от них. Затем их путь пересекает река; когда они переходят дорогу, они могут измерить ее ширину, но ничего не узнают о ее длине. Тем не менее, по мере того, как они идут по прямой, они начинают понимать, на что похож ландшафт, и могут составлять по крайней мере часть карты. Другие исследователи, идущие в других направлениях, когда-нибудь помогут заполнить оставшиеся части этой карты.

Астрономам традиционно приходилось делать такой же выбор. Мы не можем исследовать Вселенную во всех направлениях до бесконечной «глубины» или чувствительности: слишком много галактик и слишком мало телескопов, чтобы сделать эту работу. Но мы можем выбрать одно направление или небольшой кусочек неба и начать картографировать галактики. Маргарет Геллер, покойный Джон Хукра и их студенты из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики первыми использовали эту технику, и несколько других групп расширили свою работу, чтобы охватить большие объемы космоса.

МАРГАРЕТ ГЕЛЛЕР: КОСМИЧЕСКИЙ СЕРВЕЙЕР

Маргарет Геллер родилась в 1947 году и является дочерью химика, который поощрял ее интерес к науке и помог ей визуализировать трехмерную структуру молекул в детстве. (Этот навык впоследствии очень пригодился для визуализации трехмерной структуры Вселенной.) Она помнит, как скучала в начальной школе, но родители поощряли ее читать самостоятельно. В ее воспоминаниях также есть тонкие сообщения от учителей о том, что математика (ее сильный ранний интерес) не была областью для девочек, но она не позволяла себя сдерживать.

Геллер получила степень бакалавра физики в Калифорнийском университете в Беркли и стала второй женщиной, получившей докторскую степень по физике в Принстоне. Там, работая с Джеймсом Пиблзом, одним из ведущих мировых космологов, она заинтересовалась проблемами, касающимися крупномасштабной структуры Вселенной. В 1980 году она приняла должность исследователя в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики, одном из самых динамично развивающихся институтов страны, занимающихся астрономическими исследованиями. Она увидела, что для достижения прогресса в понимании того, как организованы галактики и скопления, требуется гораздо более интенсивная серия исследований. Хотя это не принесло результатов в течение многих лет, Геллер и ее сотрудники приступили к длительной и трудной задаче по картированию галактик (рис. \(\PageIndex{8}\)).

Рисунок \(\PageIndex{8}\) Маргарет Геллер. Работа Геллера по составлению карт и исследованию галактик помогла нам лучше понять структуру Вселенной.

Ее команде посчастливилось получить доступ к телескопу, который можно было посвятить их проекту, 60-дюймовому рефлектору на горе Хопкинс, недалеко от Тусона, штат Аризона, где они и их помощники снимали спектры для определения расстояний до галактик. Чтобы получить кусочек вселенной, они направили свой телескоп на заранее определенное место в небе, а затем позволили вращению Земли привлечь новые галактики в их поле зрения. Таким образом, они измерили положение и красное смещение более 18 000 галактик и составили множество интересных карт для отображения своих данных. Их исследования теперь включают «срезы» как в Северном, так и в Южном полушариях.

Когда новости о ее важной работе распространились за пределы сообщества астрономов, в 1990 году Геллер получила стипендию Фонда Макартуров. Эти стипендии, обычно называемые «наградами гениев», предназначены для признания действительно творческой работы в самых разных областях. Геллер по-прежнему проявляет большой интерес к визуализации и (вместе с режиссером Бойдом Эстусом) сняла несколько отмеченных наградами видеороликов, объясняющих ее работу неученым (одно из них называется Так много галактик … Так мало времени 9).0018). Она появлялась в различных национальных новостных и документальных программах, включая MacNeil / Lehrer NewsHour , The Astronomers и The Infinite Voyage . Энергичная и откровенная, она выступала с докладами о своей работе перед многими аудиториями по всей стране и усердно работает над тем, чтобы найти способы объяснить общественности важность своих новаторских исследований.

«Очень интересно открыть для себя что-то, чего никто раньше не видел. [Быть] одним из первых трех человек, увидевших этот кусочек вселенной, [было] чем-то вроде Колумба. . . . Такого яркого рисунка никто не ожидал!» —Маргарет Геллер

Узнайте больше о работе Геллера и Хучры (включая интервью с Геллером) в этом 4-минутном видео NOVA. Вы также можете узнать больше об их выводах и дополнительных исследованиях, к которым они привели.

Крупнейшим на сегодняшний день проектом картирования Вселенной является Цифровой обзор неба Слоана (см. раздел «Создание связей» Астрономия и технология: Цифровой обзор неба Слоана в конце этого раздела). График распределения галактик, нанесенных на карту обзором Слоана, показан на рисунке \(\PageIndex{8}\). К удивлению астрономов, карты, подобные той, что на рисунке, показали, что скопления галактик не расположены равномерно по всей Вселенной, а находятся в виде огромных нитевидных 9{16}\) \(M_{\text{Солнце}}\), что в 10 000 раз массивнее Галактики Млечный Путь.

Посмотрите на эту анимированную визуализацию крупномасштабной структуры из исследования Слоуна.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Карта крупномасштабной структуры Вселенной Слоановского цифрового обзора неба. На этом изображении показаны фрагменты карты SDSS. Точка в центре соответствует Млечному Пути и может говорить «Ты здесь!» Точки на карте, удаляющиеся от центра, находятся дальше. Расстояние до галактик указано их красным смещением (в соответствии с законом Хаббла), показанным на горизонтальной линии, идущей прямо из центра. Красное смещение z\( = \Delta \lambda/ \lambda\), где \(\Delta \lambda\) — разница между наблюдаемой длиной волны и длиной волны \(\lambda\), излучаемой неподвижным источником в лаборатории. Часовой угол на небе показан по окружности кругового графика. Цвета галактик указывают на возраст их звезд, а более красный цвет показывает галактики, состоящие из более старых звезд. Внешний круг находится на расстоянии двух миллиардов световых лет от нас. Обратите внимание, что красные галактики (старые звезды) сгруппированы сильнее, чем голубые галактики (молодые звезды). Не нанесенные на карту области — это места, где нашему взгляду на Вселенную мешает пыль в нашей собственной Галактике.

Филаменты и листы в сверхскоплении разделены пустотами , которые выглядят как огромные пустые пузыри, замурованные большими дугами галактик. Они имеют типичный диаметр 150 миллионов световых лет, вдоль их стенок сосредоточены скопления галактик. Все расположение нитей и пустот напоминает нам губку, внутреннюю часть сот или кусок швейцарского сыра с очень большими дырками. Если вы сделаете хороший срез или поперечное сечение любого из них, вы увидите что-то примерно похожее на рисунок \(\PageIndex{8}\).

Прежде чем эти пустоты были обнаружены, большинство астрономов, вероятно, предсказали бы, что области между гигантскими скоплениями галактик заполнены множеством небольших групп галактик или даже изолированными отдельными галактиками. Тщательные поиски в этих пустотах обнаружили несколько галактик любого типа. По-видимому, 90 процентов галактик занимают менее 10 процентов объема пространства.

Пример \(\PageIndex{1}\): распределение галактик

Чтобы определить распределение галактик в трехмерном пространстве, астрономы должны измерить их положение и их красное смещение. Чем больше объем исследуемого пространства, тем больше вероятность того, что измерение является справедливой выборкой Вселенной в целом. Однако требуемая работа очень быстро увеличивается по мере увеличения объема, охватываемого обследованием. 93 = 27\) раз больше.

Еще более крупные и чувствительные телескопы и обзоры в настоящее время разрабатываются и строятся, чтобы заглянуть все дальше и дальше в космос и назад во времени. Новый 50-метровый Большой миллиметровый телескоп в Мексике и Большая миллиметровая решетка Атакама в Чили могут обнаруживать излучение в дальнем инфракрасном диапазоне и миллиметровом диапазоне от массивных звездообразных галактик с красным смещением и, таким образом, на расстоянии более 90% пути назад к Большому взрыву. Их нельзя наблюдать в видимом свете, потому что их области звездообразования окутаны облаками густой пыли. А в 2021 году запланирован запуск космического телескопа Джеймса Уэбба диаметром 6,5 метра. Это будет первый новый крупный телескоп в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне в космосе с момента запуска Хаббла более 25 лет назад. Одной из основных целей этого телескопа является непосредственное наблюдение за светом первых галактик и даже первых засиявших звезд менее чем через полмиллиарда лет после Большого взрыва.

К этому моменту, если вы думали о наших дискуссиях о расширяющейся Вселенной в «Галактиках», вам может быть интересно, что именно расширяется на рисунке \(\PageIndex{8}\). Мы знаем, что галактики и скопления галактик удерживаются вместе своей гравитацией и не расширяются, как Вселенная. Однако пустоты становятся больше, и нити расходятся все дальше друг от друга по мере растяжения пространства (см. Большой взрыв).

АСТРОНОМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ: ЦИФРОВОЙ ОБЗОР НЕБА SLOAN

Во времена Эдвина Хаббла спектры галактик приходилось снимать по одной. Слабый свет далекой галактики, собранный большим телескопом, пропускался через щель, а затем использовался спектрометр (также называемый спектрографом) для разделения цветов и записи спектра. Это был трудоемкий процесс, плохо подходящий для создания крупномасштабных карт, требующих красных смещений многих тысяч галактик.

Но новая технология пришла на помощь астрономам, которые ищут трехмерные карты вселенной галактик. Один масштабный обзор неба был произведен с использованием специального телескопа, камеры и спектрографа на вершине гор Сакраменто в Нью-Мексико. Программа, названная Sloan Digital Sky Survey (SDSS) в честь фонда, предоставившего большую часть финансирования, использовала 2,5-метровый телескоп (примерно с такой же апертурой, как у Хаббла) в качестве широкоугольной астрономической камеры. Во время картографической программы, длившейся более десяти лет, астрономы использовали 30 устройств SDSS с зарядовой связью (ПЗС) — чувствительные электронные детекторы света, подобные тем, которые используются во многих цифровых камерах и сотовых телефонах, — для получения изображений более 500 миллионов объектов и спектров более 3 миллионов, покрывающих более четверти небесной сферы. Как и во многих крупных проектах в современной науке, в Sloan Survey участвовали ученые и инженеры из самых разных учреждений, от университетов до национальных лабораторий.

Каждую ясную ночь на протяжении более десяти лет астрономы использовали этот инструмент для получения изображений, фиксирующих положение и яркость небесных объектов на длинных полосах неба. Информация на каждой полосе записывалась в цифровом виде и сохранялась для будущих поколений. Когда зрение (вспомним этот термин из Astronomical Instruments) было только адекватным, телескоп использовался для получения спектров галактик и квазаров, но он делал это для 640 объектов одновременно .

Залогом успеха проекта стала серия из оптические волокна , тонкие трубки из гибкого стекла, которые могут передавать свет от источника на ПЗС, который затем записывает спектр. Сделав снимки части неба и определив, какие объекты являются галактиками, ученые проекта просверлили алюминиевую пластину с отверстиями для крепления волокон в месте расположения каждой галактики. Затем телескоп был направлен на правый участок неба, и свет каждой галактики направлялся по волокнам на спектрометр для индивидуальной регистрации (рис. \(\PageIndex{9}\)).

Рисунок \(\PageIndex{9}\) Слоановский цифровой обзор неба. (a) Телескоп Sloan Digital Sky Survey перед горами Сакраменто в Нью-Мексико. (b) Астроном Ричард Крон вставляет несколько оптических волокон в предварительно просверленную пластину, чтобы инструменты могли одновременно получать множество спектров галактик.

Для каждого набора спектров было достаточно около часа, и предварительно просверленные алюминиевые пластины можно было быстро менять. Таким образом, за одну ночь можно было снять до 5000 спектров (при достаточно хорошей погоде).

Исследование галактик привело к созданию более полной карты неба, чем когда-либо прежде, что позволило астрономам проверить свои идеи о крупномасштабной структуре и эволюции галактик на впечатляющем массиве реальных данных.

Информация, полученная Sloan Survey, поражает воображение. Данные поступали со скоростью 8 мегабайт в секунду (это означает, что каждую секунду передается 8 миллионов отдельных чисел или символов). В ходе проекта ученые записали более 15 терабайт, или 15 тысяч миллиардов байтов, что, по их оценкам, сопоставимо с информацией, содержащейся в Библиотеке Конгресса. Организация и сортировка этого объема данных и извлечение содержащихся в нем полезных научных результатов — непростая задача даже в наш информационный век. Как и многие другие области, астрономия сейчас вступила в эпоху «больших данных», требующих суперкомпьютеров и передовых компьютерных алгоритмов для эффективного просеивания всех этих терабайтов данных.

Одним из очень успешных решений проблемы работы с такими большими наборами данных является обращение к «гражданской науке» или краудсорсингу — подходу, первопроходцу которого помогла SDSS. Человеческий глаз очень хорошо распознает тонкие различия между формами, например, между двумя разными спиральными галактиками, в то время как компьютеры часто не справляются с такими задачами. Когда астрономы проекта Sloan захотели каталогизировать формы некоторых из миллионов галактик на своих новых изображениях, они запустили проект «Галактический зоопарк»: волонтеры по всему миру прошли краткий онлайн-курс обучения, а затем получили несколько десятков галактик. изображения для классификации на глаз. Проект имел огромный успех, в результате чего более 100 000 добровольцев провели более 40 миллионов классификаций галактик и открыли совершенно новые типы галактик.

Узнайте больше о том, как вы можете принять участие в проекте классификации галактик в рамках этой инициативы гражданской науки. Эта программа является частью целой серии проектов «гражданская наука», которые позволяют людям из всех слоев общества участвовать в исследованиях, в которых профессиональные астрономы (и ученые во все большем числе областей) нуждаются в помощи.

Ключевые понятия и резюме

Подсчеты галактик в различных направлениях показывают, что Вселенная в большом масштабе однородна и изотропна (одинакова везде и одинакова во всех направлениях, за исключением эволюционных изменений во времени). Одинаковость Вселенной повсюду называется космологическим принципом. Галактики группируются в скопления. Галактика Млечный Путь является членом Местной группы, в которую входит не менее 54 галактик-членов. Богатые скопления (такие как Дева и Кома) содержат тысячи или десятки тысяч галактик. Скопления галактик часто группируются вместе с другими скоплениями, образуя крупномасштабные структуры, называемые сверхскоплениями, которые могут простираться на расстояния в несколько сотен миллионов световых лет. Скопления и сверхскопления находятся в нитевидных структурах, которые огромны, но занимают лишь небольшую часть пространства. Большая часть космоса состоит из больших пустот между сверхскоплениями, причем почти все галактики составляют менее 10% от общего объема.

Глоссарий

космологический принцип: предположение, что в большом масштабе Вселенная в любой момент времени везде одинакова — изотропна и однородна

однородный: с постоянным и равномерным распределением материи, которое везде одинаково

изотропный: одинаковые во всех направлениях

Локальная группа: небольшое скопление галактик, к которому принадлежит наша Галактика

сверхскопление: большая область космоса (более 100 миллионов световых лет в поперечнике), где более сконцентрированы группы и скопления галактик; скопление скоплений галактик

пустота: область между скоплениями и сверхскоплениями галактик, которая кажется относительно пустой от галактик

Эта страница под названием 28. 3: Распространение галактик в космосе распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или страница
Автор
ОпенСтакс
Лицензия
СС BY
Версия лицензии
4,0
Программа OER или Publisher
ОпенСтакс
Показать оглавление
нет
Теги
1. космологический принцип
2. однородный
3. изотропный
4. Локальная группа
5. источник@https://openstax. org/details/books/astronomy
6. сверхскопление
7. пустота

астрономов Массачусетского технологического института обнаружили новые скопления галактик, скрывающиеся у всех на виду | Новости Массачусетского технологического института

Астрономы Массачусетского технологического института обнаружили новые и необычные галактические окрестности, которые не учитывались в предыдущих исследованиях. Их результаты, опубликованные сегодня, показывают, что примерно 1 процент скоплений галактик выглядят нетипично и могут быть легко ошибочно идентифицированы как одна яркая галактика. Когда исследователи запускают новые телескопы для поиска скоплений, они должны учитывать эти открытия, иначе они рискуют получить неполную картину Вселенной.

Скопления галактик содержат от сотен до тысяч галактик, связанных гравитацией. Они движутся в горячем газовом супе, называемом внутрикластерной средой, которая содержит больше массы, чем все звезды во всех галактиках внутри него. Этот горячий газ подпитывает звездообразование, охлаждаясь и излучая рентгеновское излучение, которое мы можем наблюдать с помощью космических телескопов.

Это яркое газовое облако создает нечеткий ореол рентгеновского излучения вокруг скоплений галактик, выделяя их на фоне более дискретных точечных источников рентгеновского излучения, создаваемых, например, звездой или квазаром. Однако некоторые галактические районы ломают эту форму, как девять лет назад узнал доцент Массачусетского технологического института Майкл Макдональд.

В 2012 году Макдональд обнаружил скопление, не похожее ни на одно другое, которое ярко сияло, как точечный источник в рентгеновском излучении. В его центральной галактике находится прожорливая черная дыра, которая поглощает материю и излучает настолько яркое рентгеновское излучение, что оно заглушает рассеянное излучение внутрикластерной среды. В своем ядре скопление образует звезды примерно в 500 раз быстрее, чем большинство других скоплений, что придает ему голубое свечение молодого звездного населения вместо типичного красного оттенка стареющих звезд.

«Мы десятилетиями искали такую систему, — говорит Макдональд о кластере Phoenix. И тем не менее, она наблюдалась и проходила несколько лет назад, предположительно являясь одиночной галактикой, а не скоплением. «Он пролежал в архиве десятилетиями, и никто его не видел. Они смотрели сквозь него, потому что это выглядело неправильно».

Итак, Макдональд задался вопросом, какие еще необычные кластеры могут скрываться в архиве, ожидая, пока их найдут? Таким образом, родился опрос Clusters Hiding in Plain Sight (CHiPS).

Тавиват Сомбунпаньякул, аспирант лаборатории McDonald’s, посвятил всю свою докторскую диссертацию исследованию CHiPS. Он начал с выбора потенциальных кандидатов в скопления из результатов десятилетий рентгеновских наблюдений. Он использовал существующие данные наземных телескопов на Гавайях и в Нью-Мексико, а также посетил телескопы Magellan в Чили, чтобы сделать новые изображения оставшихся источников, отыскивая соседние галактики, которые могли бы выявить скопление. В наиболее многообещающих случаях он использовал телескопы с более высоким разрешением, такие как космическая рентгеновская обсерватория Чандра и космический телескоп Хаббла.

Спустя шесть лет опрос CHiPS подошёл к концу. Сегодня в Астрофизическом Журнале Сомбунпаньякул опубликовал сводные результаты исследования, которые включают открытие трех новых галактических скоплений. Одно из этих скоплений, CHIPS1911+4455, похоже на быстро звездообразующее скопление Феникс и было описано в январской статье The Astrophysical Journal Letters . Это захватывающее открытие, поскольку астрономы знают всего несколько других скоплений, подобных Фениксу. Однако это скопление требует дальнейшего изучения, поскольку оно имеет скрученную форму с двумя вытянутыми рукавами, в то время как все другие быстро остывающие скопления имеют круглую форму. Исследователи считают, что он мог столкнуться с меньшим скоплением галактик. «Это супер уникальное место по сравнению со всеми известными нам сейчас скоплениями галактик», — говорит Сомбунпаньякул.

В целом, обзор CHiPS показал, что более старые рентгеновские обзоры пропускали примерно 1 процент галактических окрестностей, потому что они выглядели иначе, чем типичное скопление. Это может иметь серьезные последствия, поскольку астрономы изучают скопления галактик, чтобы узнать, как Вселенная расширяется и развивается. «Нам нужно найти все кластеры, чтобы сделать все правильно», — объясняет Макдональд. «Девяносто девять процентов выполнения недостаточно, если вы хотите раздвинуть границы».

По мере того, как ученые открывают и изучают больше этих необычных галактических скоплений, они могут лучше понять, как они вписываются в более широкую космическую картину. На данный момент они не знают, всегда ли небольшое количество скоплений находится в этом странном состоянии, похожем на Феникса, или это, возможно, типичная фаза, которую все скопления проходят в течение короткого периода времени — примерно 20 миллионов лет. мимолетный момент по меркам пространства-времени. Астрономам трудно заметить разницу, поскольку они получают только один снимок каждого скопления, почти застывший во времени.