Содержание
Галактики — звёздные города / Хабр
Галактики представляют собой, судя по всему, самые крупномасштабные целостные структуры Вселенной, из известных ученым. Конечно, есть еще скопления галактик, сверхскопления… но эти структуры открытые, не целостные и малоизученные. Но давайте обо всем по порядку. Начнем с самого малого.
В античной Греции (около 2500 лет назад) зародилось представление о том, что все вещества и предметы состоят из мельчайших и неделимых частиц, которые изначально определяют свойства того или иного вещества. Их назвали “атомы”.
Сейчас науке известно, что атомы вполне делимы, и сами в свою очередь состоят из элементарных частиц — протонов, нейтронов, электронов. Там же где-то формально или физически присутствуют позитроны — антиподы электронов, превращающие нейтральный нейтрон в положительно заряженный протон. Если говорить упрощенно, то комбинации этих частиц и дает нам все многообразие веществ во Вселенной. Но каждая из них так же состоит из еще более мелких конструкций, определяющих их суть — из кварков.
Насколько глубок колодец микромира, науке неизвестно, но уже сейчас достаточно оснований считать, что и кварки, в свою очередь, тоже из чего-то состоят.
Теперь двинемся в противоположном направлении по оси усложнения вселенских структурных элементов.
Атомы соединяются в молекулы. Фактически, молекула и есть — та минимальная единица любого химического соединения — вещества — во Вселенной. Молекулы определяют физические и химические свойства веществ, а не атомы, как это предполагали некоторые греческие философы. Но ошиблись они не сильно.
Молекулы иногда тождественны с атомами. Например молекулы металлов состоят всего из одного атома. Но атомы в металлах соединяются в некотором порядке, образуя протяженные кристаллические решетки. Это роднит их с кристаллами солей, где свойства и структура вещества зависят от геометрии соединения атомов или молекул между собой. Кристалл представляет собой еще более крупную структуру нашего мира.
Дальше, как ни странно, идут живые организмы.
В этой цепочке я бы выделил три основных звена:
- Клетка
- Сложный организм (от многоклеточных до людей)
- Социум (сообщество организмов)
Каждая из этих структур обладает своей ясной внутренней организованностью и целостностью, нарушение которой приводит к необратимому разрушению структуры.
Далее идут планеты — во всем своем многообразии — это могут быть газовые гиганты типа Юпитера и Сатурна, каменные планеты земного типа, но к ним же я причисляю и астероиды, ядра комет, метеороиды. Их объединяет механическая целостность, обусловленная гравитационной связанностью всех входящих в их состав веществ в виде более мелких структур — молекул и кристаллов. Более крупные структуры планетарного семейства под действием гравитационных сил обретают форму близкую к сферической. Мелкие остаются неправильными по форме. И еще им свойственна пространственная отделенность от других подобных космических тел — их разделяют порой миллионы километров вселенского вакуума.
При этом существовать представители этого структурного семейства могут как в сообществах себе подобных тел — в планетных системах — под доминирующим влиянием звезд, так и сами по себе — отдельно — в тотальном космическом одиночестве.
Звезды — это еще более крупные вселенские структуры. Они образуются из коллапсирующих (сжимающихся под действием гравитации) облаков водорода. Сами облака водорода — первородного вещества нашей Вселенной — можно было бы причислить к субструктурам — они не целостны, не едины, не устойчивы, но стремясь ко всем этим перечисленным недостающим качествам превращаются в звезды. При достижении некоторой массы и давления в уплотненном центре коллапсирующей туманности, новое образование вспыхивает звездой — в её недрах запускаются термоядерные реакции. В ходе этих реакций происходит превращение водорода в гелий — по сути удивительная трансформация одного структурного элемента — атома водорода, в другой структурный элемент — в атом гелия. И тут мы сталкиваемся с еще одной важной составляющей нашего мира — с излучением, которое пронизывает все пространство Вселенной, и призвано переносить по нему энергию, освобождающуюся в том числе и в процессе термоядерных реакций.
Превращение водорода гелий происходит с выделением значительного количества энергии, которая покидает центр звезды с излучением. В противном случае температура в центре звезды продолжала бы расти и рано или поздно звезда бы вышла из равновесного состояния. Кстати, такое случается.
Звезды могут объединяться в более крупные структурные единицы. Можно выделить несколько разновидностей таких структур:
- Системы двойных и кратных звезд
- Рассеянные звездные скопления
- Шаровые звездные скопления
Только шаровые звездные скопления можно считать устойчивыми структурами, способными существовать миллиарды лет — то есть — период времени одного порядка с продолжительностью жизни входящих в их состав более мелких структурных единиц — звезд. Рассеянные скопления довольны быстро распадаются, а системы двойных и кратных звезд очень многообразны и сказать что-то конкретное об этом классе в двух словах невозможно. Вряд ли это вообще имеет смысл считать неким единым классом.
И вот мы добрались до галактик.
Подобно тому, как люди живут в городах, звезды группируются в сообщества многомиллиардной численностью. Еще можно уподобить эти сообщества островам в океане, между которыми простирается непреодолимость океанических вод, и один остров с другого острова практически не виден.
Звезды не распространены по Вселенной равномерно. Подобно тому, как планеты и звезды разделены бездной космического вакуума, так и сообщества звезд — галактики — разделены еще более протяженными пустотами. Но к пониманию этого люди пришли относительно недавно.
Само слово “Галактика” происходит от греческого “Молочный” — “Γαλακτικός” — “Галактикос”. Так греки описывали широкое сияние протянувшееся через весь небосвод — “Млечный путь”, а по одному из греческих мифов это сияние представляло собой пролитое Герой (супругой Зевса) молоко, когда богиня кормила своего приемного сына — Геракла.
Около 400 лет назад Галилео Галилей навел на Млечный путь свой первый телескоп и обнаружил, что это сияние — ни что иное, как неисчислимое множество слабых звезд, сливающихся для глаза воедино.
Почему звезды сложились в этот кольцеобразный “круг почета” опоясывающий земной небосвод — это не было понятно еще долгие 300 лет, пока Эдвин Хаббл не разделил на отдельные звезды спиральные рукава туманности Андромеды.
До открытия Эдвина Хаббла считалось, что все эти “завитушки” спиральной структуры являются объектами нашего звездного мира, который где-то наверняка кончается, но где? и что там дальше? — это науке не было известно.
Когда среди звезд в туманности Андромеды обнаружились переменные звезды — Цефеиды, стало возможным определение расстояния до них. Оно оказалось огромным — порядка двух миллионов световых лет. С такими дистанциями астрономы не имели дела. В ходу были световые годы, десятки, сотни — максимум — тысячи. И вдруг такой качественный скачок.
Выяснилось, что на протяжении этих миллионов световых лет, разделяющих наш звездный остров, и подобные туманности Андромеды спиралевидные образования, нет ничего — пустота, вселенский вакуум. А все звезды, видимые с Земли, живут исключительно в этих звездных островах.
Более современные телескопы показали, что количество спиралевидных звездных островов огромно — Млечный путь не содержит столько звезд, а сама форма Млечного пути, если было бы возможным взглянуть на него со стороны, оказалась подобна Туманности Андромеды или Туманности Треугольника. И это было важнейшим открытием: Мы живем в одном из звездных водоворотов, коих на небе сотни миллиардов. А в каждом из них сотни миллиардов звезд.
Все эти многочисленные звездные города были причислены к новому классу вновь определенного типа структур — к галактикам. Причем, если имеется в виду наша Галактика — Млечный путь, то она всегда упоминается на письме с использованием заглавной буквы. Остальные галактики упоминаются с использованием строчных букв.
Иллюстрация расположения Солнечной системы внутри Галактики «Млечный путь»
Оказалось, что формы и разнообразие галактик очень различны. Спиральных — большинство. Но и среди них есть множество разновидностей — с баром-перемычкой и без, с двумя спиральными ветвями и большим количеством.
Нашлась даже галактика-кольцо, центр которой никак не соединен с периферией звездными путями.
Очень многочисленным классом оказались эллиптические галактики, которые напоминают шаровые скопления звезд, только в миллионы раз более масштабные. И фактически центральные части спиральных галактик подобны эллиптическим. Возможно, эллиптические галактики утратили свои спиральные ветви или ассимилировали их в ядро.
Но еще более интересными оказались галактики неправильной формы. Их происхождение оставляет широчайшее поле для гипотез. Вариантов множество. Одним из наиболее популярных объяснений является слияние галактик. Оказывается, что невзирая на миллионы световых лет межгалактического вакуума, галактики все-таки встречаются друг с другом и сливаются в нечто более крупное. При этом их формы сильно искажаются — спиральные ветви разрушаются, приливные силы активируют звездообразование, в ходе которого “вспыхивают” миллиарды новорожденных звезд, какая-то часть звезд выбрасывается за пределы этих “звездных городов”.
Впервые изучать сливающиеся галактики начал советский астроном Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, положив начало галактической морфологии и классификации взаимодействующих галактик. А до него считалось, что близость изображений двух и более галактик на фотопластинках — чисто иллюзорное совпадение направлений, в которых на самом деле галактики расположены на очень разных расстояниях от нас, и — на почтительных расстояниях между собой.
Борис Александрович Воронцов-Вельяминов (14 февраля 1904 — 27 января 1994) — советский астроном, член-корреспондент Академии педагогических наук СССР
Нашлось немало примеров того, что большинство галактик, как и большинство звезд, живут в небольших группах и даже имеют спутники — карликовые галактики. Есть спутники у Галактики Млечный Путь, и у Туманности Андромеды.
Карликовая галактика «Большое Магелланово Облако» — спутник Галактики «Млечный путь»
Более крупномасштабный взгляд на мир галактик выявил скопления галактик численностью в тысячи и миллионы звездных островов.
Такие скопления расположены в направлении созвездий Волосы Вероники, Девы и Льва. Но это — самые близкие из скоплений. А если попытаться проникнуть взглядом сквозь мерцание звезд нашей Галактики, мы увидим, что скопления галактики окружают нас повсюду.
Сверхскопление галактик в созвездии Геркулеса
С помощью телескопа имени Хаббла было найдено несколько брешей среди звезд нашей Галактики. На полученных снимках видно, что галактики окружают нас буквально плотной стеной… нет, конечно — между ними довольно пустоты, как всюду во Вселенной, но создается иллюзия, что они буквально накладываются друг на друга.
В этой иллюзорной галактической сфере есть своя структуризация — галактики, объединенные в сверхскопления, образуют нити, волокна, которые протягиваются, соединяясь с подобными себе метагалактическими нитями, и рисуют на самом крупномасштабном полотне Вселенной подобие пчелиных сот.
Это уже с большим трудом укладывается в сознании даже самых продвинутых ученых.
И описать на уровне законов нашего мира причины образования такой удивительно структуризации астрофизикам пока не удалось. Мы даже не представляем, что является следующей структурной единицей в нашем Мире после галактик. И это еще предстоит нам познать.
Столкновение двух галактик спирального типа, с превращением в одну «неправильную»
PS: Толчком к написанию статьи стала музыка, представленная в самом начале этой публикации. Однажды ночью я сел за инструмент и погрузился в импровизацию — без малого на полчаса. Я записал это. Позже решил сделать видеосопровождение к музыке. Осознал, что здесь должны быть представители мира галактик — во всем своем многообразии. В процессе видеомонтажа я понял, что готов написать несложную статью об этом.
Кстати, музыку можно скачать с моего сайта: Студийная сессия «Ночные импровизации»
Надеюсь, что эта статья откроет собой целый цикл публикаций, посвященных многообразию галактик, о которых говорить можно бесконечно долго.
Следите за моими новостями, Друзья.
Астрофизики поняли, почему галактики умирают и перестают создавать звезды
Александр
Шереметьев
новостной редактор
Александр
Шереметьев
новостной редактор
Исследователи нашли новое объяснение причины смерти галактик. Звездообразование останавливается после столкновения.
Читайте «Хайтек» в
Во многих галактиках, расположенных близко к Млечному Пути, звездообразование давно прекратилось. Астрофизики из Университета Питсбурга исследовали раннюю Вселенную, чтобы найти причину смерти галактик. Оказалось, все дело в столкновениях.
В той части космоса, которую мы населяем, в большинстве крупных галактик давно перестали рождаться новые звезды, объясняют ученые. С помощью мощных инструментов наблюдения можно заглянуть назад в прошлое Вселенной, найти галактики, свет от которых идет к Земле миллиарды лет, и узнать, почему рождение новых звезд в какой-то момент прекращается.
Астрофизики использовали данные исследования Sloan Digital Sky Survey, которое с помощью наблюдений обсерватории Apache Point в Нью-Мексико каталогизировало несколько миллионов галактик. Дополнив эти наблюдения данными радиоастрономической сети телескопов ALMA, исследователи нашли в семи млрд световых лет от Земли галактику SDSS J1448+1010, звездообразование в которой остановилось совсем недавно и в которой все еще было достаточно топлива для рождения новых звезд.
Изображение галактики SDSS J1448+1010 в инфракрасном диапазоне и анализ «хвоста» из угарного газа, выброшенного из нее. Изображение: Justin S. Spilker et al., The Astrophysical Journal Letters
Подробное исследование этой галактики с помощью космического телескопа «Хаббл» показало необычный газовый «хвост», выходящий из нее.
Используя компьютерное моделирование и наблюдения, ученые установили, что подобная структура могла сформироваться только в результате столкновения двух галактик. Мощная гравитационная сила этого процесса разорвала звезды и отбросила поток газа на расстояние, в два раза превышающее размер Млечного Пути.
Именно выброс холодного газа из галактики, как полагают ученые, лишает ее топлива для образования новых звезд. Они отмечают, что, если не считать газового следа, в остальном галактика выглядит так же, как другие, ее структура не несет следов столкновения. А значит, примерно через 200 млн лет, когда газовый «хвост» рассеется, она будет выглядеть точно так же, как другие мертвые галактики.
Это означает, что, возможно, в прошлом многие объекты близкого к нам космоса пережили подобные столкновения, от которых не осталось следа, заключают астрофизики.
Читать далее:
Первые снимки подземной части Марса удивили ученых
Галактика, расположенная в 12 млрд световых лет от Земли, «свернулась» в кольцо Эйнштейна
С тела — в рот: ученые поняли, откуда появились зубы
На обложке: область звездообразования N11B в Большом Магеллановом Облаке.
Изображение: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (AURA/STScI)
Космический телескоп Уэбба обнаружил две самые далекие галактики
Когда НАСА запустило телескоп Джеймса Уэбба, астрономы надеялись, что его возможности в инфракрасном диапазоне и с высоким разрешением позволят захватить части Вселенной, которые были слишком далеки для его предшественника, Хаббла. Они не были разочарованы. В этом месяце телескоп Уэбба зафиксировал изображения двух из самых далеких галактик, которые когда-либо наблюдались, волнуя ученых и поднимая вопросы о происхождении Вселенной.
«Вселенная нас не подвела», — сказал Томмазо Треу, соавтор исследования и профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Мы обнаружили, что существует гораздо больше далеких галактик, чем мы ожидали. Каким-то образом Вселенной удалось сформировать галактики быстрее и раньше, чем мы думали». Читайте дальше, чтобы узнать, что открыли ученые и что все это значит.
СВЯЗАННЫЕ: 10 самых удивительных научных открытий 2022 года
Shutterstock
На брифинге на прошлой неделе НАСА объявило об открытии двух новых галактик.
По оценкам, одна из них образовалась через 350 миллионов лет после Большого взрыва, что делает ее самой далекой галактикой из когда-либо обнаруженных; Ученые считают, что второму примерно 400 миллионов лет. Это просто капля в море, когда речь идет о продолжительности жизни космоса, в котором мы живем.
«Вселенной 13,8 миллиарда лет. Мы оглядываемся назад на 98 процентов всего времени, чтобы увидеть галактику, подобную этой», — сказал Гарт Иллингворт, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз, который участвовал в разработке идеи телескопа Уэбба в 1980-х годах в интервью Washington Post . Галактики, находящиеся далеко от Земли, состоят в основном из водорода и гелия и могут включать в себя меньшее количество других элементов.«Мы пытаемся выяснить, действительно ли они молодые звезды», — сказал Дэн Коу, астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе. , сказал Пост . Звезды в этих ранних галактиках в миллион раз ярче Солнца.
Яркость озадачила ученых, сообщает CNN.
Одна из возможностей состоит в том, что галактики были огромными и содержали много маленьких звезд, подобных галактикам, которые сформировались позже. Или это могут быть галактики меньшего размера с меньшим количеством, но гораздо более яркими звездами. Ученые долгое время считали, что эти звезды, называемые звездами населения III, были первыми звездами во Вселенной.
Shutterstock
Телескоп Уэбба оказался еще более мощным и приспособленным для захвата четких изображений, чем предполагалось до запуска, сообщила CNN доктор Джейн Ригби, научный сотрудник проекта Уэбба в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Эти галактики, о которых мы говорим, яркие», — сказал Ригби. «Они прятались за пределами возможностей Хаббла. Они ждали нас прямо там». ae0fcc31ae342fd3a1346ebb1f342fcb
«От этих наблюдений просто взорвется голова. Это целая новая глава в астрономии. Это как археологические раскопки, и вдруг вы обнаруживаете затерянный город или что-то, о чем вы не знали. Это просто ошеломляет», — сказала Паола Сантини.
, научный сотрудник Астрономической обсерватории Национального института астрофизики в Риме, который был соавтором исследования.
Shutterstock
Космический телескоп Джеймса Уэбба, или JWST, разрабатывался почти три десятилетия и стоил 10 миллиардов долларов. Это самый большой и мощный телескоп, когда-либо отправленный в космос. Запущенный 25 декабря 2021 года, он вращается вокруг Солнца на расстоянии около миллиона миль от Земли. Телескоп Уэбба был разработан для получения изображений, которые были слишком старыми, тусклыми или слишком далекими для того, чтобы их предшественник, телескоп Хаббл, мог захватить. Он может похвастаться массивным главным зеркалом шириной 21 фут, состоящим из 18 шестиугольных зеркал, и может обнаруживать объекты в 100 раз слабее, чем Хаббл.
Shutterstock
«С теоретической точки зрения для нас интересно, что, возможно, есть некоторые открытые вопросы о том, как эти галактики могли сформировать свои звезды настолько раньше, что мы можем обнаружить их большое количество», Джейхан Карталтепе из Об этом NPR сообщил Рочестерский технологический институт.
«Мы видим, что действительно находимся на пути к осуществлению мечты о понимании галактик в самые ранние времена», — сказал Иллингворт. «Последние несколько месяцев были захватывающими, но нам предстоит еще многому научиться».
Астрономы наблюдают внутригрупповой свет — неуловимое свечение между далекими галактиками
Свет «между» группами галактик — «внутригрупповой свет» — каким бы тусклым он ни был, исходит от звезд, лишенных своей родной галактики. Изображение: Прилагается. Предоставлено: Мартинес-Ломбилья и др./UNSW Сидней
Международная группа астрономов применила новый метод к группе галактик и слабому свету между ними, известному как «внутригрупповой свет», чтобы охарактеризовать обитающие там звезды.
Ведущий автор исследования, опубликованного в MNRAS , доктор Кристина Мартинес-Ломбилья из Школы физики UNSW Science, сказала: «Мы почти ничего не знаем о внутригрупповом свете.
«Самые яркие части внутри- групповой свет примерно в 50 раз слабее самого темного ночного неба на Земле.
Его чрезвычайно трудно обнаружить даже с помощью самых больших телескопов на Земле или в космосе». группового света, но смогли изучить и рассказать историю о населяющих его звездах.0003
«Мы проанализировали свойства внутригрупповых звезд — этих рассеянных звезд между группами галактик. Мы посмотрели на возраст и содержание составляющих их элементов, а затем сравнили эти характеристики со звездами, все еще принадлежащими галактике. групп», — сказал доктор Мартинес-Ломбилья.
«Мы обнаружили, что свет внутри группы моложе и менее богат металлами, чем окружающие галактики.»
Восстановление истории внутригруппового света
Звезды-сироты во внутригрупповом свете были не только «анахроничными», но и, по-видимому, имели другое происхождение, чем их ближайшие соседи. Исследователи обнаружили, что характер внутригрупповых звезд похож на туманный «хвост» далекой галактики.
Комбинация этих подсказок позволила исследователям воссоздать историю — историю — внутригруппового света и того, как его звезды собрались в их собственном звездном приюте.
«Мы думаем, что в какой-то момент эти отдельные звезды были отделены от своих родных галактик, и теперь они свободно парят, следуя гравитации группы», — сказал доктор Мартинес-Ломбилья. «Стирание, называемое приливным срывом, вызвано прохождением массивных галактик-спутников, подобных Млечному Пути, которые тянут за собой звезды».
Впервые наблюдался внутригрупповой свет этих галактик.
«Раскрытие количества и происхождения внутригруппового света обеспечивает летопись окаменелостей всех взаимодействий, которым подверглась группа галактик, и дает целостное представление об истории взаимодействия системы», — сказал доктор Мартинес-Ломбилья.
«Кроме того, эти события произошли очень давно. Галактики [которые мы смотрим] так далеко, что мы наблюдаем их такими, какими они были 2,5 миллиарда лет назад. Именно столько времени требуется для их свечения. добраться до нас».
Наблюдая за событиями, произошедшими очень давно в столь далеких галактиках, исследователи вносят важные данные в медленно развивающуюся эволюцию космических событий.
Индивидуальная процедура обработки изображения
Исследователи первыми разработали уникальную технику для получения такого проницательного изображения.
«Мы разработали специальную процедуру обработки изображений, которая позволяет нам анализировать самые тусклые структуры во Вселенной», — сказал доктор Мартинес-Ломбилья.
«Это следует стандартным шагам для изучения слабых структур на астрономических изображениях, что подразумевает 2D-моделирование и удаление всего света, кроме света, исходящего от внутригруппового света. Это включает в себя все яркие звезды на изображениях, галактики затемнение внутригруппового света и вычитание непрерывного излучения неба.
«Что отличает нашу технику, так это то, что она полностью основана на Python, поэтому она очень модульная и легко применима к различным наборам данных с разных телескопов, а не чем просто полезно для этих изображений.
«Самый важный результат заключается в том, что при изучении очень слабых структур вокруг галактик важен каждый шаг, и каждый нежелательный свет должен быть учтен и удален.
В противном случае ваши измерения будут ошибочными.
Методы, представленные в этом исследовании д-р Мартинес-Ломбилья говорит, что это пилотный проект, что способствует дальнейшему анализу внутригруппового света, — сказал доктор Мартинес-Ломбилья. Тогда мы можем посмотреть на статистику и выяснить типичные свойства относительно формирования и эволюции внутригруппового света и этих чрезвычайно общих систем групп галактик.
«Это ключевая работа по подготовке следующего поколения глубоких обзоров всего неба, таких как те, которые будут выполняться с помощью космического телескопа Euclid и LSST с обсерваторией Веры С. Рубин».
Дополнительная информация:
Кристина Мартинес-Ломбилья и др., Galaxy And Mass Assembly (GAMA): расширенный внутригрупповой свет в группе на z = 0,2 из глубоких изображений Hyper Suprime-Cam, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac3119
Предоставлено
Университет Нового Южного Уэльса
Цитата :
Астрономы наблюдают внутригрупповой свет — неуловимое свечение между далекими галактиками (2022, 24 ноября)
получено 26 ноября 2022 г.