Количество галактик во Вселенной. Сколько галактик всего

Сколько галактик во Вселенной?

Часть глубокого снимка космоса «Hubble Ultra Deep Field». Все, что вы видите — это галактики.

Совсем недавно, в 1920 годах, знаменитый астроном Эдвин Хаббл сумел доказать, что наш Млечный путь — это не единственная существующая галактика. Сегодня нам уже привычно, что космос заполнен тысячами и миллионами других галактик, на фоне которых наша выглядит совсем крохотной. Но сколько именно галактик во Вселенной находится рядом с нами? Сегодня мы найдем ответ на этот вопрос.

От одной до бесконечности

Звучит невероятно, но еще наши прадеды, даже самые ученые, считали наш Млечный Путь метагалактикой — объектом, покрывающим собой всю обозримую Вселенную. Их заблуждение вполне логично объяснялось несовершенством телескопов того времени — даже лучшие из них видели галактики как расплывчатые пятна, из-за чего они поголовно именовались туманностями. Считалось, что из них со временем формируются звезды и планеты, как сформировалась когда-то наша Солнечная система. Эту догадку подтвердило обнаружение первой планетарной туманности в 1796 году, в центре которой находилась звезда. Поэтому ученые считали, что все остальные туманные объекты на небе являются такими же облаками пыли и газа, звезды в которых еще не успели образоваться.

Первые шаги

Естественно, прогресс не стоял на месте. Уже в 1845 году Уильям Парсонс построил исполинский для тех времен телескоп «Левиафан», размер которого приближался к двум метрам. Желая доказать, что «туманности» на самом деле состоят из звезд, он серьезно приблизил астрономию к современному понятию галактики. Ему удалось впервые заметить спиралевидную форму отдельных галактик, а также обнаружить в них перепады светимости, соответствующие особенно крупным и ярким звездным скоплениям.

Даже на снимках мощных космических телескопов галактики часто расплывчаты

Однако споры продлились аж до XX века. Хотя в прогрессивном ученом обществе уже было принято считать, что существует множество других галактик кроме Млечного Пути, официальной академической астрономии нужны были неопровержимые доказательства этого. Поэтому взоры телескопов со всего мира на ближайшую к нам большую галактику, раньше тоже принятой за туманность — галактику Андромеды.

В 1888 году Исааком Робертсом была сделана первая фотография Андромеды, а на протяжении 1900–1910 годов были получены дополнительные снимки. На них видны и яркое галактическое ядро, и даже отдельные скопления звезд. Но низкое разрешение снимков допускало погрешности. То, что было принято за звездные кластеры, могло быть и туманностями, и попросту несколькими звездами, «слипшимися» в одну во время выдержки снимка. Но окончательно решения вопроса было не за горами.

Первая фотография галактики Андромеды, 1888 год

Современная картина

В 1924 году, пользуясь телескопом-рекордсменом начала столетия, Эдвину Хабблу удалось более-менее точно оценить расстояние к галактике Андромеды. Оно оказалось настолько огромным, что полностью исключало принадлежность объекта к Млечному Пути (притом, что оценка Хаббла была в три раза меньше современной). Еще астроном обнаружил в «туманности» множество звезд, что явно подтверждало галактическую природу Андромеды. В 1925 году, вопреки критике коллег, Хаббл представил результаты своей работы на конференции Американского астрономического сообщества.

Это выступление дало начало новому периоду в истории астрономии — ученые «переоткрывали» туманности, присваивая им звания галактик, и открывали новые. В этом им помогли наработки самого Хаббла — например, открытие красного смещения. Число известных галактик росло с постройкой новых телескопов и запуском новых — например, начала широкого применения радиотелескопов после Второй Мировой.

Однако вплоть до 90-х годов XX века человечество оставалось в неведении о настоящем количестве окружающих нас галактик. Атмосфера Земли препятствует даже самым большим телескопам получить точную картину — газовые оболочки искажают изображение и поглощают свет звезд, закрывая от нас горизонты Вселенной. Но ученые сумели обойти эти ограничения, запустив космический телескоп «Хаббл», названный в честь уже знакомого вам астронома.

Телескоп Хаббл на околоземной орбите

Благодаря этому телескопу люди впервые увидели яркие диски тех галактик, которые раньше казались мелкими туманностями. А там, где небо раньше казалось пустым, обнаружились миллиарды новых — и это не преувеличение. Однако дальнейшие исследования показали: даже тысячи миллиардов звезд, видимых «Хабблу» — это минимум десятая часть от их настоящего количества.

Финальный подсчет

И все же, сколько именно галактик существует во Вселенной? Сразу предупрежу, что считать придется нам вместе — такие вопросы обычно мало интересуют астрономов, так как лишены научной ценности. Да, они каталогизируют и отслеживают галактики — но лишь для более глобальных целей вроде изучения крупномасштабной структуры Вселенной.

Однако найти точное число никто не берется. Во-первых, наш мир бесконечен, из-за чего ведение полного списка галактик проблематично и лишено практического смысла. Во-вторых, чтобы сосчитать даже те галактики, что находятся в пределах видимой Вселенной, астроному не хватит всей жизни. Даже если он проживет 80 лет, считать галактики начнет с рождения, а на обнаружение и регистрацию каждой галактики будет тратить не больше секунды, астроном найдет всего лишь 2 триллиона объектов — куда меньше, чем существует галактик на самом деле.

Сравнительные масштабы снимка Ultra Deep Field

Для определения примерного числа возьмем какое-то из высокоточных изучений космоса — например, «Ultra Deep Field» телескопа «Хаббл» от 2004 года. На участке, равному 1/13000000 всей площади неба, телескоп сумел обнаружить 10 тысяч галактик. Учитывая то, что другие глубокие исследования того времени показывали схожую картину, мы можем усреднить результат. Следовательно, в пределах чувствительности «Хаббла» мы видим 130 миллиардов галактик со всей Вселенной.

Однако это еще не все. После «Ultra Deep Field» было сделано множество других снимков, которые добавляли новые детали. Причем не только в видимом спектре света, которым оперирует «Хаббл», но и в инфракрасном и рентгеновском. Состоянием на 2014 год, в радиусе 14 миллиардов световых лет нам доступно 7 триллионов 375 миллиардов галактик.

Но это, опять-таки, минимальная оценка. Астрономы считают, что скопления пыли в межгалактическом пространстве отбирают у нас 90% наблюдаемых объектов — 7 триллионов легко превращается в 73 триллиона. Но и эта цифра устремится еще дальше к бесконечности, когда на орбиту Солнца выйдет телескоп «Джеймс Уэбб». Этот аппарат за минуты достигнет туда, куда «Хаббл» пробирался днями, и проникнет еще дальше в глубины Вселенной.

comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 5544

spacegid.com

Сколько галактик во Вселенной

Объекты глубокого космоса > Галактики Вселенной > Сколько галактик во Вселенной

Хотя наша Земля прекрасно чувствует себя в составе, окружающей ее, Вселенной, она является всего лишь небольшой планетой в, занимающей огромную площадь, Солнечной системе. В свою очередь наша Солнечная система - всего лишь составная часть массивной галактики Млечный путь, в которую входит от 200 до 400 млрд. звезд. Так сколько же галактик во Вселенной?

Галактики, галактики везде – насколько позволяет видеть космический телескоп Хаббл. Такой взгляд на почти 10000 галактик является максимально глубоким на сегодняшний момент. Так называемая Ультра Глубокая Область Хаббла (сокращенно HUDF), эта область представляет собой глубокий центр Вселенной, который находится на расстоянии миллиарда световых лет.

Их точное количество определить затруднительно, так как мы можем наблюдать только за малой частью Вселенной, несмотря на применение мощных приборов. По последним оценкам предполагается наличие в ней 100-200 млрд. галактик, в каждую из которых входят сотни миллиардов звезд. При моделировании этого подсчета наиболее современным компьютером в Германии была получена еще большая цифра: 500 биллионов. Можно сказать, что на каждую звезду Млечного пути приходится одна галактика во Вселенной.

Естественно, эти цифры являются грубыми, не абсолютно точными данными. Они получаются следующим образом: с помощью таких мощных телескопов, как космический аппарат Хаббл производится тщательное изучение определенного участка неба. Изучая малейшие излучения на протяжении сотен часов, Хаббл обозревает пространство космоса на значительно большую глубину, чем расположенные на Земле телескопы.

В предоставленном им глубоком изображении конуса космического пространства астрономами подсчитывается количество галактик, затем использующееся в качестве среднего значения для других частей неба. Таким образом, даже по малой глубокой части неба можно подсчитать общее количество.

По всей видимости, большая часть галактик, в составе Вселенной являются карликовыми. К примеру, среди входящих в нашу группу галактик всего 3 больших спиральных: Млечный путь, Андромеда и Треугольник. Остальные относятся к карликовым и неправильным.

Сверхскопления галактик

Строение галактики

Типы галактик

o-kosmose.net

Сколько галактик во Вселенной

Объекты глубокого космоса > Галактики > Сколько галактик во Вселенной

Наука интересна тем, что она не зацикливается на фактах, а постоянно пересматривает их, создает новые теории и ищет лучшие пути для решения задач. Иногда в этом процессе ей удается отыскать аспекты, которые были неведомы раньше.

Далекие галактики, запечатленные телескопом Хаббл

Итак, цифры постоянно меняются, как и различные факты, вроде количества галактик. Сколько же их всего? Наблюдаемая Вселенная охватывает 13.8 миллиардов световых лет во всех направлениях. То есть, наиболее удаленный свет покинул свою точку 13.8 миллиардов лет назад. Но не будем забывать о расширении, которое увеличивает эту дистанцию до 46 миллиардов световых лет. То есть то, что было видимым или ультрафиолетовым излучением в прошлом, сдвинулось в инфракрасное и микроволновое излучение на самой черте доступной Вселенной.

Мы знаем вселенский объем и массу (3.3 х 1054 кг, включая обычную материю и темную). Кроме того, перед нами открыто соотношение между регулярной материей и темной, поэтому можно подсчитать общее количество регулярной массы.

Когда-то астрономы разделили общую массу на число наблюдаемых галактик в Хаббле и насчитали 200 миллиардов.

Сейчас ученые применили новую технику для пересчета. Они использовали телескоп Хаббл и заглянули в пустую часть неба, чтобы подсчитать количество галактик. Речь идет об Hubble Deep Fiel, благодаря которому удалось получить невероятно поразительную картину.

Снимок в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном свете, полученный Hubble Deep Field

Из этой фотографии создали трехмерную карту с отображением размеров и галактического расположения. Для этого использовали знания о ближайших галактиках (например, у Млечного Пути 50 соседей). Узнав, какие из крупных галактик больше, они внесли более мелкие и тусклые, не отобразившиеся на снимке.

То есть, если далекая Вселенная напоминает известную, то галактические структуры также повторяются. Это не говорит о том, что Вселенная намного больше предполагаемой или что в ней больше звезд. Просто она вмещает больше галактик с меньшим количеством звезд. Есть крупные главные галактики, за которыми идут меньшие и так до карликовых.

Карликовая галактика в созвездии Печь – одна из соседей Млечного Пути

Но видимые галактики – это лишь верхушка айсберга. Для каждой запечатленной есть еще 9 более слабых и незаметных. Конечно, пройдет еще совсем немного времени, и мы сможем запечатлеть и их. В 2018 году все ожидают появления мощного телескопа Джеймс Уэбб, чья площадь составляет 25 м2 (у Хаббла – 4.5 м2). Те слабые пятна, которые сейчас нам кажутся звездами, для Джемса Уэбба станут четкими и понятными объектами.

Если галактики повсюду, то почему мы не видим их невооруженным глазом? Все дело в парадоксе Ольберса, описанный в 1700 году. Суть в том, что куда бы вы не посмотрели, всегда попадете на звезду. Значит, пространство должно быть ярким, но оно темное. Как так? Этот же парадокс применяется и к галактикам, которые почему-то вы не видите.

Часть карты галактического распределения, охватывающая 7 миллиардов световых лет. Количество галактических скоплений говорит о том, что здесь в определенное время действовала гравитация и можно проверить, сохранилась ли общая относительность в этих масштабах.

Итак, галактики есть везде. Но они смещены красным цветом от видимого спектра в инфракрасный, поэтому сетчатка их просто не воспринимает. Если же взглянуть на все в микроволнах, то пространство будет светиться.

Согласно подсчетам, во Вселенной в 10 раз больше галактик, чем предполагалась ранее – 2 триллиона. Но не стоит умножать количество звезд или массу, так как эти цифры остались прежними.

Но что будет с появлением Джеймса Уэбба? Станет ли галактик больше? Или откроется какая-нибудь новая интересная информация? Вселенная скрывает множество тайн, так что ожидать можно всего.

v-kosmose.com

Галактики Вселенной - Сколько Их, Какие Самые Большие и Красивые, Дальние и Близкие, Структура и Карта, Скорость и Типы: Эллиптические и Спиральные

Окружающее нас космическое пространство – это не просто одинокие звезды, планеты, астероиды и кометы, сверкающие на ночном небосклоне. Космос представляет собой огромную систему, где все находится в тесном взаимодействии друг с другом. Планеты группируются вокруг звезд, которые в свою очередь собираются в скопление или в туманность. Эти образования могут быть представлены одиночными светилами, а могут и насчитывать сотни, тысячи звезд, формируя уже более масштабные вселенские образования – галактики. Наша звездная страна, галактика Млечный путь, является только малой частью бескрайней Вселенной, в которой помимо этого существуют и другие галактики.

Звездное небо

Вселенная постоянно находится в движении. Любой объект в космосе входит в состав той или иной галактики. Следом за звездами перемещаются и галактики, каждая из которых имеет свои размеры, определенное место в плотном вселенском строю и свою траекторию движения.

Человек сумел подсчитать количество звезд на небосклоне, а вот определить, сколько галактик во Вселенной — задача архисложная, как технически, так и теоретически.

Какова реальная структура Вселенной?

Долгое время научные представления человечества о космосе строились вокруг планет Солнечной системы, звезд и черных дыр, населяющих наш звездный дом – галактику Млечный путь. Любой другой галактический объект, обнаруживаемый в космосе с помощью телескопов, автоматически вносился в структуру нашего галактического пространства. Соответственно отсутствовали представления о том, что Млечный Путь — не единственное вселенское образование.

Эдвин Хаббл

Ограниченные технические возможности не позволяли заглянуть дальше, за пределы Млечного Пути, где по устоявшемуся мнению начинается пустота. Только в 1920 году американский астрофизик Эдвин Хаббл сумел найти доказательства того, что Вселенная значительно больше и наряду с нашей галактикой в этом огромном и бескрайнем мире существуют другие, большие и маленькие галактики. Реальной границы Вселенной не существует. Одни объекты расположены к нам достаточно близко, всего несколько миллионов световых лет от Земли. Другие наоборот, расположены в дальнем углу Вселенной, пребывая вне зоны видимости.

Прошло почти сто лет и количество галактик сегодня уже оценивается в сотни тысяч. На этом фоне наш Млечный путь выглядит совсем не таким огромным, если не сказать, совсем крохотным. Сегодня уже обнаружены галактики, размеры которых трудно поддаются даже математическому анализу. К примеру, самая большая галактика во Вселенной IC 1101 имеет диаметр 6 миллионов световых лет и состоит из более 100 триллионов звезд. Этот галактический монстр находится на расстоянии более миллиарда световых лет от нашей планеты.

Сравнение размеров

Структура такого огромного образования, каковым является Вселенная в глобальном масштабе, представлена пустотой и межзвездными образованиям — волокнами. Последние в свою очередь делятся на сверхскопления, межгалактические скопления и галактические группы. Самым малым звеном этого огромного механизма является галактика, представленная многочисленными звездными скоплениями — рукавами и газовыми туманностями. Предполагается, что Вселенная постоянно расширяется, заставляя тем самым двигаться галактики с огромной скоростью по направлению от центра Вселенной к периферии.

Если представить, что мы наблюдаем за космосом из нашей галактики Млечный Путь, которая якобы находится в центре мироздания, то крупномасштабная модель структуры Вселенной будет иметь следующий вид.

Структура Вселенной

Темная материя — она же пустота, сверхскопления, скопления галактик и туманности — это все последствия Большого взрыва, который положил начало образованию Вселенной. В течение миллиарда лет происходит трансформация ее структуры, меняется форма галактик, так как одни звезды исчезают, поглощенные черными дырами, а другие наоборот, трансформируются в сверхновые, становясь новыми галактическими объектами. Миллиарды лет назад в расположение галактик было совсем другое, чем мы наблюдаем сейчас. Так или иначе, на фоне постоянных астрофизических процессов, происходящих в космосе, можно сделать определенные выводы о том, что наша Вселенная имеет не постоянную структуру. Все космические объекты находятся в постоянном движении, меняя свое положение, размеры и возраст.

Телескоп Хаббл

На сегодняшний день благодаря телескопу Хаббл удалось обнаружить месторасположение наиболее близких к нам галактик, установить их размеры и определить местоположение относительного нашего мира. Стараниями астрономов, математиков и астрофизиков составлена карта Вселенной. Выявлены одиночные галактики, однако в большинстве своем, такие крупные вселенские объекты группируются по несколько десятков в группе. Средний размер галактик в такой группе составляет 1-3 млн. световых лет. Группа, к которой относится наш Млечный Путь, насчитывает 40 галактик. Помимо групп в межгалактическом пространстве имеется огромное количество карликовых галактик. Как правило, такие образования являются спутниками более крупных галактик, как наш Млечный путь, Треугольник или Андромеда.

Состав Вселенной

До недавнего времени самой маленькой галактикой во Вселенной считалась карликовая галактика «Segue 2», находящаяся в 35 килопарсеках от нашей звезды. Однако в 2018 году японскими учеными-астрофизиками была выявлена еще меньшая по размеру галактика — Virgo I, которая является спутником Млечного Пути и находится на расстоянии 280 тыс. световых лет от Земли. Однако ученые считают, что это не предел. Высокая вероятность того, что существуют галактики куда более скромных размеров.

За группами галактик идут скопления, области космического пространства в которых существует до сотни галактик различных видов, форм и размеров. Скопления имеют колоссальные размеры. Как правило, диаметр такого вселенского образования составляет несколько мегапарсек.

Отличительной чертой структуры Вселенной является ее слабая изменчивость. Несмотря на громадные скорости, с которыми движутся галактики во Вселенной, все они остаются в составе одного скопления. Здесь действует принцип сохранения положение частиц в пространстве, на которые действует темная материя, образовавшаяся в результате большого взрыва. Предполагается, что находясь под воздействием этих пустот, заполненных темной материей, скопления и группы галактик продолжают миллиарды лет двигаться в одном направлении, соседствуя друг с другом.

Теория большого взрыва

Самые крупные образования во Вселенной — галактические сверхскопления, которые объединяют группы галактик. Самое известное сверхскопление — Великая Стена Клоуна, объект вселенского масштаба, растянувшийся в длину на 500 млн. световых лет. Толщина этого сверхскопления составляет 15 млн. световых лет.

В нынешних условиях космические аппараты и техника не позволяют нам рассмотреть Вселенную на всю ее глубину. Нам под силу обнаружить только сверхскопления, скопления и группы. Помимо этого наш космос имеет гигантские пустоты, пузыри темной материи.

Шаги на пути изучения Вселенной

Современная карта Вселенной позволяет нам не только определить свое местоположение в космосе. Сегодня, благодаря наличию мощных радиотелескопов и техническим возможностям телескопа Хаббл, человек сумел не только приблизительно подсчитать количество галактик во Вселенной, но и определить их типы и разновидности. Еще в 1845 году британский астроном Уильям Парсонс, с помощью телескопа исследуя облака газа, сумел выявить спиралевидную природу строения галактических объектов, акцентируя внимания на том, что в разных областях яркость звездных скоплений может быть большей или меньшей.

Сто лет назад Млечный Путь считался единственной известной галактикой, хотя математически было доказано наличие других межгалактических объектов. Свое название наш космический двор получил еще в глубокой древности. Древние астрономы глядя на мириады звезд на ночном небе, заметили характерную особенность их расположения. Основное скопление звезд было сосредоточено вдоль мнимой линии, напоминающей дорожку из разбрызганного молока. Галактика Млечный Путь, небесные светила другой хорошо знакомой галактики Андромеда являются самыми первыми вселенскими объектами, с которых началось изучение космического пространства.

Звездные соседи

Наш Млечный Путь имеет полный набор всех галактических объектов, который должна иметь нормальная галактика. Здесь присутствуют скопления и группы звезд, общее число которых примерно составляет 250-400 млрд. Имеются в нашей галактике облака газа, образующего рукава, присутствуют свои черные дыры и солнечные системы, подобные нашей.

Вместе с тем, Млечный Путь, как и Андромеда с Треугольником, являются только малой частью Вселенной, входящей в местную группу сверхскопления под названием Дева. Наша галактика имеет форму спирали, где основная масса звездных скоплений, облака газа и другие космические объекты двигаются вокруг центра. Диаметр внешней спирали составляет 100 тыс. световых лет. Млечный Путь — по космическим меркам не большая галактика, масса которой составляет 4,8х1011 Mʘ. В одном из рукавов Ориона Лебедя находится и наше Солнце. Расстояние от нашей звезды до центра Млечного Пути составляет 26 000 ± 1 400 св. лет.

Место расположения Солнца в Галактике

Долгое время считалось, что одна из самых популярных среди астрономов туманность Андромеды является частью нашей галактики. Последующие исследования этой части космоса дали неопровержимые доказательства того, что Андромеда является самостоятельной галактикой, причем значительно крупнее, чем Млечный Путь. Полученные с помощью телескопов снимки показали, что Андромеда имеет собственное ядро. Здесь также присутствуют скопления звезд и имеются свои туманности, двигающиеся по спирали. Каждый раз астрономы пытались все глубже и глубже заглянуть внутрь Вселенной, исследуя обширные области космического пространства. Количество звезд в этом вселенском гиганте оценивается в 1 триллион.

Стараниями Эдвина Хаббла удалось установить примерное расстояние до Андромеды, которая никак не могла быть частью нашей галактики. Эта была первая галактика, которая подверглась такому пристальному изучению. Последующие годы дали новые открытия в области исследования межгалактического пространства. Более тщательно изучалась та часть галактики Млечный Путь, в которой находится наша Солнечная система. С середины XX века стало ясно, что помимо нашего Млечного Пути и хорошо известной Андромеды, в космосе имеется огромное количество других образований вселенского масштаба. Однако для порядка требовалось упорядочить космическое пространство. Если звезды, планеты и другие космические объекты поддавались классификации, то с галактиками дело обстояло сложнее. Сказывались огромные размеры исследуемых областей космического пространства, которые не только было трудно изучить визуально, но и оценить на уровне человеческой природы.

Туманность Андромеды

Типы галактик в соответствии с принятой классификацией

Хаббл первый решился на такой шаг, сделав в 1962 году попытку логическим путем классифицировать известные на тот момент галактики. Классификация осуществлялась на основании формы исследуемых объектов. В результате Хабблу удалось расставить все галактики по четырем группам:

наиболее распространенным типом являются спиральные галактики;
далее следуют эллиптические спиральные галактики;
с перемычкой (бар) галактики;
неправильные галактики.

Следует отметить, что наш Млечный Путь относится к типичным спиральным галактикам, однако есть одно «но». С недавнего времени выявлено наличие перемычки — бара, который присутствует в центральной части образования. Другими словами наша галактика берет свое начало не с галактического ядра, а вытекает из перемычки.

Млечный путь с перемычкой

Традиционно спиральная галактика выглядит в форме диска спиралевидной плоской формы, в котором обязательно присутствует яркий центр – ядро галактики. Таких галактик больше всего во Вселенной и обозначаются они латинской буквой S. Помимо этого существуют разделение спиральных галактик на четыре подгруппы – So, Sa, Sb и Sc. Маленькие буквы обозначают наличие яркого ядра, отсутствие рукавов или наоборот, наличие плотных рукавов, охватывающих центральную часть галактики. В таких рукавах располагаются скопления звезд, группы звезд, в состав которых входит наша Солнечная система, прочие космические объекты.

Спиральная галактика

Главной особенностью этого типа является медленное вращение вокруг центра. Млечный Путь совершает полный оборот вокруг своего центра за 250 млн. лет. Спирали, расположенные ближе к центру состоят в основном из скоплений старых звезд. Центр нашей галактики – это черная дыра, вокруг которой и происходит все основное движение. Протяженность пути по современным оценкам составляет по направлению к центру 1,5-25 тыс. световых лет. В процессе своего существования спиральные галактики могут сливаться с другими вселенскими образованиями меньших размеров. Свидетельством таких столкновений в более ранние периоды является наличие гало звезд и гало скоплений. Подобная теория лежит в основе теории образования спиральных галактик, которые стали результатом столкновения двух галактик, расположенных по соседству. Столкновение не могло пройти бесследно, придав общий вращательный импульс новому образованию. Рядом со спиральной галактикой находится карликовая галактика, одна, две или сразу несколько, являющиеся спутниками более крупного образования.

Близким по своей структуре и составу к спиральным галактикам являются эллиптические спиральные галактики. Это огромные, самые крупные вселенские объекты, включающие большое количество сверхскоплений, скоплений и групп звезд. В самых больших галактиках количество звезд превышает десятки триллионов. Основное отличие таких образований — сильно растянутая в пространстве форма. Спирали расположены в форме эллипса. Эллиптическая спиральная галактика М87 является одной из самых крупных во Вселенной.

Галактики с перемычкой

С перемычкой галактики встречаются значительно реже. На них приходится примерно половины всех спиральных галактик. В отличие от спиральных образований, в таких галактиках начало берется из перемычки, называемой баром, вытекающей из двух самых ярких звезд, расположенных в центре. Ярким примером такого образования является наш Млечный Путь и галактика Большое Магелланово Облако. Ранее это образование относили к неправильным галактикам. Появление перемычки является на данный момент одной из основных областей исследования в современной астрофизике. По одной из версий, близко расположенная черная дыра высасывает и поглощает газ из соседних звезд.

Самые красивые галактики во Вселенной относятся к типу спиральных и неправильных галактик. Одной из самых красивых является галактика Водоворот, расположенная в небесном созвездии Гончие Псы. В данном случае отчетливо видны центр галактики и спирали, вращающиеся в одном направлении. Неправильные галактики представляют собой хаотически расположенные сверхскопления звезд, не имеющие четкой структуры. Ярким примером такого образования является галактика под номером NGC 4038, расположенная в созвездии Ворон. Здесь наряду с огромными газовыми облаками и туманностями можно увидеть полное отсутствие порядка в расположении космических объектов.

Галактика Водоворот

Выводы

Изучать Вселенную можно бесконечно. Каждый раз, с появлением новых технических средств, человек приоткрывает завесу космоса. Галактики являются самыми непостижимыми для человеческого разума объектами в космическом пространстве, как с психологической точки зрения, так и оглядываясь на науку.

militaryarms.ru

Сколько галактик во Вселенной?

Наши предки думали, что Земля - это и есть весь Мир, а Солнце и Луна крутятся вокруг планеты. С развитием науки эти границы расширялись, сначала до пределов Солнечной системы, затем до Галактики Млечный Путь. Сегодня перед учеными стоят более сложные вопросы: где проходит граница Вселенной и сколько существует Галактик?

То, что “туманности”, которые видели астрономы в ночном небе – это другие галактики, не имеющие никакого отношения к нашей родной, ученые поняли лишь в 20-е годы прошлого века.

Важнейшую роль в этом открытии сыграл один из основоположников современной астрономии американец Эдвин Хаббл, в честь которого и был назван главный космический телескоп NASA Hubble.

Попытки подсчитать, сколько всего во Вселенной – занятие практически безнадёжное. На основании ряда экспериментальных данных пока можно лишь осторожно предположить, что их должно быть никак не меньше нескольких сотен миллиардов.

Стоит также отметить, что вплоть до начала XXI века галактиками было принято считать скопления с числом звёзд в диапазоне от нескольких миллионов до десятков и даже сотен триллионов. Последних относят к категории “галактик-супергигантов”, но, помимо них, в космосе имеются и куда более крупные структуры! В частности, учёными выявлены многочисленные “галактические скопления” – группы гравитационно связанных друг с другом сотен галактик, “сверхскопления” – галактические суперкластеры, объединяющие “обычные” скопления, и, наконец, “мега-монстры” – галактические нити (другое их название – “великие стены”), простирающиеся в космическом пространстве на сотни миллионов и даже несколько миллиардов световых лет комплексные структуры, в состав которых входят сотни галактических кластеров и суперкластеров, а также разделяющих их пустот.

Более того, относительно недавно астрономы стали находить и куда более мелкие галактические сообщества, например, в 2003 году были обнаружены микрогруппы (так называемые "ультракомпактные карликовые галактики"), объединяющие всего лишь несколько сотен звёзд. Таким образом, в настоящее время наблюдается сильная разноголосица мнений как в вопросе определения чётких физических границ между галактиками и "галактическими скоплениями", так и относительно того, можно ли количественно ограничить минимально допустимое число звёздных систем, входящих в состав отдельно взятой галактики.

Не так всё просто и с научной классификацией основных типов и видов галактик, точнее, их форм и пространственных очертаний.

Первую серьёзную попытку рассортировать галактики предпринял всё тот же Эдвин Хаббл, составивший в 20-30-е годы прошлого века специальную диаграмму, получившую затем название "камертон Хаббла". Все галактики он поделил на четыре основных типа – эллиптические (с вытянутой сферической формой), спиральные (дисковидные галактики, похожие на плоские блины и обладающие несколькими отростками-завихрениями – наш Млечный Путь относится именно к этой категории), линзовидные (схожие по форме со спиральными, но без рукавов-отростков) и "неправильные", то есть, не поддающиеся чёткой визуальной классификации. Сам Хаббл полагал, что все эти типы плавно перетекают друг в друга со временем, причём, самыми древними являются эллиптические, а прочие образовались позднее вследствие пространственных мутаций. Соответственно, его схема выглядела как вилка-камертон с двумя зубцами: на его ножке-основании были эллиптические галактики, а на зубцах-продолжениях – линзовидные и спиральные, тогда как "неправильные" были вообще обозначены отдельно.

Эта его исходная версия впоследствии подверглась серьёзной коррекции и была дополнена множеством промежуточных и переходных типов. Более того, учёные в настоящее время полагают, что никакой эволюционной логики в развитии различных форм галактик, по всей видимости, вообще не было. Так, на ранних этапах расширения Вселенной могли образовываться как эллиптические, так и спиральные/линзовидные галактики, а, согласно одной из популярных гипотез, большинство самых древних галактик и вовсе обладали неправильными очертаниями.

Стоит отметить, что много новой информации о разных формах и возрастах разбросанных по Вселенной галактик было получено совсем недавно – в 90-е годы прошлого и в начале нынешнего века, и большая заслуга в этом принадлежит космическому телескопу Hubble, запущенному на околоземную орбиту в 1990 году. За 20 с лишним лет Hubble сделал огромное количество снимков отдалённых звёздных скоплений и выявил в ряде регионов Вселенной тысячи неизвестных ранее галактик.

В последней по времени исследовательской программе Frontier Fields с помощью телескопа Hubble изучаются наиболее древние участки звёздного неба. И в конце 2015 год после анализа очередной серии снимков Hubble и другого космического телескопа Spitzer, американскими астрономами была идентифицирована самая древняя на сегодня галактика, которая, по-видимому, образовалась спустя всего 400 миллионов лет после Большого Взрыва.

oyla.xyz

Количество галактик во Вселенной

Международная команда астрономов, возглавляемая Christopher J. Conselice, профессором астрофизики в университете Ноттингема, обнаружили, что Вселенная содержит не менее 2 триллионов галактик, в десять раз больше, чем считалось ранее. Работа команды, которая началась с гранта Королевского астрономического общества, была опубликована в Astrophysical Journal 14 октября 2016.

Астрономы давно стремились определить, сколько галактик существует в наблюдаемой Вселенной, той части космоса, где свет из отдаленных объектов успел добраться до нас. За последние 20 лет ученые использовали изображения из космического телескопа Хаббла для оценки того, что Вселенная, которую мы видим, содержит около 100 - 200 миллиардов галактик. Современные астрономические технологии позволяют нам изучать только 10% этих галактик, а остальные 90% будут видны только после того, как будут разработаны большие и лучшие телескопы.

Исследование профессора Conselice является кульминацией 15-ти летней работы, которая также частично финансировалась исследовательским грантом Королевского астрономического общества, присужденным студенту старших курсов Аарону Уилкинсону. Аарон, в настоящее время PhD (доктор философии) в университете Ноттингема, начал с анализа всех ранее проведенных исследований по подсчету количества галактик, что послужило фундаментальной базой для установления более масштабного исследования.

Команда профессора Conselice преобразовала узконаправленные снимки глубокого космоса с телескопов по всему миру, и особенно от телескопа Хаббл, в 3D карты. Это позволило им рассчитать плотность галактик, а также объем одной небольшой области пространства за другой. Это кропотливое исследование позволило команде установить, сколько галактик было пропущено в более ранних исследованиях. Можно сказать, что они провели межгалактические археологические раскопки.

Результаты этого исследования основаны на измерениях количества наблюдаемых галактик в разные эпохи – временные срезы в галактическом масштабе - за всю историю Вселенной. Когда профессор Conselice и его команда из Ноттингема в сотрудничестве с учеными из обсерватории Лейдена в Лейденском университете в Нидерландах и Института астрономии Эдинбургского университета, исследовали, сколько галактик было в каждую эпоху, они обнаружили, что на более ранней стадии развития Вселенной количество галактик было значительно больше, чем сейчас.

Похоже, что когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет, количество галактик в заданном объеме пространства было в десять раз больше, чем сегодня в аналогичном объеме. Большинство из этих галактик были системами с малой массой, т.е. с массами, аналогичными массам галактик, окружающих сейчас Млечный Путь.

Профессор Конселис сказал: «Это очень удивительно, поскольку мы знаем, что за 13,7 миллиардов лет космической эволюции со времен Большого Взрыва размер галактик увеличивался за счет звездообразования и слияния с другими галактиками. Установление факта наличия большего числа галактик в прошлом подразумевает, что должна была произойти значительная эволюция, направленная на уменьшение их числа за счет обширного слияния систем. Мы упускаем подавляющее большинство галактик, потому что они очень слабые и далекие. Количество галактик во Вселенной является фундаментальным вопросом астрономии, и это поражает воображение, поскольку 90% галактик в космосе до сих пор не изучены. Кто знает, какие интересные свойства мы найдем при изучении этих галактик с помощью телескопов следующего поколения?»

Перевод статьи «Распределение плотности галактик при Z < 8 и ее последствия». «The evolution of galaxy number density at Z < 8 and its implications». Октябрь 2016. Ссылка на arXiv. Права на перевод принадлежат @timofey.pro. Авторы: Christopher J. Conselice, School of Physics and Astronomy, Ноттингемский университет, Ноттингем, Англия. Aaron Wilkinson, Лейденская обсерватория Лейденский университет, Нидерланды Kenneth Duncan, Королевская обсерватория, Институт астрономии Эдинбургского университета , Шотландия

Аннотация

Распределение плотности галактик во Вселенной и, следовательно, общее число галактик является фундаментальным вопросом астрофизики влияющим на разрешение множества проблем в области космологии. Однако, до публикации данной статьи, никогда не было аналогичного подробного исследования этого важного показателя, а также определения четкого алгоритма нахождения данного числа. Для решения этой задачи мы использовали наблюдаемые галактические функции звездных масс до $z \sim 8$, чтобы определить, как изменяется плотность числа галактик в зависимости от функции времени и предела массы. Мы показали, что увеличение общей плотности галактик ($\phi_T$), более массивных, чем $M_* = 10^6M_\odot$, уменьшается как $\phi_T \sim t^{-1}$, где t – возраст Вселенной. Далее мы показали, что этот тренд разворачивается и скорее возрастает со временем при более высоких предельных значениях массы $M_* > 10^7M_\odot$. Используя $M_* = 10^6M_\odot$ как нижний предел, мы обосновали, что общее количество галактик во Вселенной до $z = 8$ равно: $2.0 {+0.7\choose -0.6} \times {10^{12}}$ или просто $2.0 \times {10^{12}}$ (два триллиона!), т.е. почти в десять раз больше, чем было видно во всех исследованиях неба на основе Hubble Ultra-Deep Field. Мы обсудим влияние этих результатов для понимание процесса эволюции галактик, а также сравним наши результаты с новейшими моделями формирования галактик. Эти результаты также показывают, что космический фоновый свет в оптической и ближней инфракрасной области, вероятно, возникает из этих ненаблюдаемых слабых галактик. Мы также покажем, как эти результаты решают вопрос о том, почему ночное небо темное, иначе известный как парадокс Ольберса.

1. Введение

Когда мы открываем Вселенную и ее свойства, мы всегда хотим знать абсолютные значения. Например, астрономический интерес состоит в том, чтобы рассчитать, сколько звезд находится в нашей Галактике, сколько планет окружают эти звезды (Fressin et al., 2013), общую плотность Вселенной (например, Fukugita & Peebles 2004), среди других абсолютов в свойствах Вселенной. Здесь был дан приблизительный ответ на один из этих вопросов, - это общая плотность числа галактик и, следовательно, общее число галактик во Вселенной.

Этот вопрос является не просто праздным любопытством, но связан со многими другими вопросами в космологии и астрономии. Распределение плотности галактик связано с такими вопросами, как образование / эволюция галактики по числу сформированных систем, изменение отношений гигантских галактик к карликовым галактикам, отдаленная сверхновая и скорость гамма-всплеска, скорость образования звезд во Вселенной, и как новые галактики создаются / уничтожаются посредством слияний (например, Bridge et al. 2007; Lin et al. 2008; Jogee et al. 2009; Conselice et al. 2011; Bluck et al. 2012; Conselice 2014; Ownsworth et al. 2014). Количество галактик в наблюдаемой Вселенной также раскрывает информацию о плотности материи (вещества и энергии) Вселенной, фоновом свете на разных длинах волн, а также о понимании парадокса Ольберса. Однако до сих пор еще нет хорошего измерения этой фундаментальной величины. Наша способность исследовать распределение плотности галактик с помощью телескопов возникла только с появлением CCD-камер. Сверхдальние исследования по поиску далеких галактик начались в 1990-х годах (например, Koo & Kron 1992; Steidel & Hamilton 1992; Djorgovski et al. 1995), и достигли нынешней глубины после проектов на базе Космического телескопа «Хаббл», особенно таких как Hubble Deep Field (Williams et al. 1996). В дальнейшем исследования были продолжены в рамках Hubble Deep Field South (Williams et al., 2000), the Great Observatories Origins Survey (Giavalisco et al. 2004), обзор в инфракрасном спектре CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) (Grogin et al. 2011; Koekemoer et al. 2011), и увенчались Hubble Ultra Deep Field (Beckwith et al. 2006), который на сегодняшний день остается самым глубоким исследованием в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне нашей Вселенной. Однако, несмотря на все эти исследования, до сих пор неясно, как общая плотность числа галактик эволюционирует с течением времени. Это интересный вопрос, поскольку мы знаем, что скорость звездообразования возрастает, а затем снижается при z < 8 (например, Bouwens et al. 2009; Duncan et al. 2014; Madau & Dickinson 2014), в то же время галактики становятся более крупными и менее своеобразными (например, Conselice et al. 2004; Papovich et al. 2005; Buitrago et al. 2013; Mortlock et al. 2013; Lee et al. 2013; Conselice 2014; Boada et al. 2015). Однако мы не знаем, как изменяется общее количество галактик во времени и как это связано с общим образованием популяции галактик в целом. Существует несколько причин того, почему нелегко определить общее количество галактик на основе результатов сверхдальних исследований. Однa из них заключается в том, что все сверхдальние наблюдения являются неполными. Это связано с ограничениями времени и глубины экспозиции, из-за этого некоторые галактики обнаруживаются более легко, чем другие. Результатом этого является неполная картина даже в самых сверхдальних обследованиях, которые могут быть исправлены, но которые все еще оставляют некоторую неопределенность. Однако более важная проблема заключается в том, что эти наблюдения не достигают самых слабых галактик, хотя из теории, мы знаем, что должно быть гораздо больше слабых галактик за пределами границ, доступных в настоящее время нам для наблюдений. Важно также обратить внимание на то, что мы понимаем под общей плотностью галактик во Вселенной. Это не простая величина, которую можно определить как общую плотность, существующую в настоящее время, общая плотность, которая является наблюдаемой в принципе, и общая плотность, которую можно наблюдать с помощью современной технологии, - это разные вопросы с разными ответами. Существует также проблема, что мы ограничены космологическим горизонтом над тем, что мы можем наблюдать, и поэтому есть галактики, которые мы не можем видеть за его пределами. Даже количество галактик, которые существуют во Вселенной сегодня, то есть, если мы могли бы рассматривать всю Вселенную как есть в настоящий момент, а не быть ограниченным временем прохождения света, представляет собой сложный вопрос. Галактики в далекой вселенной эволюционировали за пределы того, что мы можем наблюдать в настоящее время из-за конечной природы скорости света и, по-видимому, будут похожими на те, что есть в видимой Вселенной. Мы рассматриваем все эти проблемы в данной статье, а именно, как плотность числа галактик изменяется в пределах текущей наблюдаемой вселенной до z ~ 8. В целях сравнения, в Приложении к данной работе, мы также проводим анализ числа галактик, которые видны современным телескопам на всех длинах волн, и которые мы можем наблюдать в настоящее время. Затем мы сравниваем эти данные с измерениями общего числа галактик, которое потенциально может наблюдаться во Вселенной на основе измеренных функций масс (mass function). Мы также обсудим, как эти результаты раскрывают информацию об эволюции галактики и фонового излучения Вселенной. Мы также приводим информацию о будущих исследованиях, и какую долю галактик они будут наблюдать. Эта статья разделена на несколько разделов. §2 описывает данные, которые мы используем в этом анализе, §3 описывает результаты настоящей работы, в том числе методы анализа функций звездной массы галактики с целью получения общего количества галактик, находящихся во Вселенной, §4 описывает последствия этих результатов, а в §5 представлено краткое изложение статьи. В этой работе мы используем стандартную космологию: H0 = 70 km s−1 Mpc−1 , и Ωm = 1 − Ωλ = 0.3.

2. Данные

Данные, которые мы используем для этой статьи, получены из многочисленных источников и результатов предыдущих работ. В Приложении мы описываем, сколько галактик мы можем наблюдать в настоящее время во Вселенной, основываясь на самых глубоких наблюдениях, доступных к настоящему времени. Здесь, в основной статье, мы исследуем вопрос о том, сколько галактик потенциально можно обнаружить во Вселенной, если глубокая визуализация по всем длинам волн выполнена во всех частях неба без каких-либо помех от Галактики или других искажений. Для большей части данного анализа и результатов этой работы мы используем функции масс галактик из обозримой Вселенной вплоть до z ~ 8, чтобы определить, как плотность числа галактик эволюционирует со временем и космологическим красным смещением . Эти функции массы и светимости сейчас только начинают измеряться для больших значений красного смещения, и наши первичные данные исходят из функций масс, рассчитанных с использованием высокоточных инфракрасных и оптических съемок телескопом Хаббла и наземных станций. Как представлено в следующем разделе, функции масс, которые мы используем, взяты из Perez-Gonzalez et al. (2008), Kajisawa et al. (2009), Fontana et al. ( 2004, 2006), Caputi et al. (2011), Pozzetti et al. (2007), Mortlock et al. (2011), Tomczak et al. (2014), Muzzin et al. (2013), и Mortlock et al. (2015) для галактик при z < 3. Для самых высоких значений красного смещения мы используем функции масс, опубликованные Duncan et al. 2014, Grazian et al. (2015), Caputi et al. (2011) и Song et al. (2015). Мы упорядочили все эти функции масс из каждого вышеуказанного исследования на основе солпитеровской начальнай функции масс для звезд от $0.1M_\odot$ до $100M_\odot$. Мы использовали плотности галактик из этих функций масс, соответствующие их объемам, в отличие от физических объемов. Это говорит о том, как количество галактик изменяется в одном и том же эффективном объеме, при этом эффекты расширения Хаббла исключаются. Эти функции масс показаны на {{ show1_MathJax ? "Закрыть":"Рисунке 1" }} до предела масс, взятых из ранее упомянутых исследований, которые также перечислены в Таблице 1.

Фотография из научной статьи о количестве галактик во Вселенной

Рисунок 1. Функции масс, которые мы используем в данной статье, представлены на графикахс помощью функции светимости Шехтера. Все эти значения взяты из различных исследований, упомянутых в §2. Функции масс представлены в зависимости от значений космологического красного смещения, на левом графике отображены системы при z < 1, средний график показывает 1 < z < 3 и z > 3 (крайний правый). Эти функции масс показаны так, что сплошные цветные линии являются функциями масс вплоть до предела соответствующих данных, в которых они полны, а пунктирные линии показывают нашу экстраполяцию до $M_* = 10^6 M_\odot$. «Самый плоский» график функции масс для 1 < z < 3 взят из работы Muzzin et al. (2013) и для z > 3 взят из работы Grazian et al. (2015).

3. Распределение плотности галактик

3.1 Введение и предостережения

Основным методом, который мы используем для определения плотности галактик во Вселенной, является интеграция количества галактик через установленные функции масс для данного космологического красного смещения. Для этого требуется экстраполировать установленные функции звездной массы, чтобы достичь минимального предела массы популяции галактик. Есть много способов, которыми это можно сделать, о чем мы поговорим ниже. Одним из наиболее важных вопросов является нижний предел, от которого мы должны начинать подсчет количества галактик в зависимости от функций масс. Благодаря недавним публикациям, где приводятся функции звездной массы до z ~ 8 (например, Duncan et al. 2014; Grazian et al. (2015), Song et al. (2015), мы можем теперь сделать этот расчет впервые. Другая проблема заключается в том, может ли функция светимости Шехтера. быть экстраполирована ниже предела данных, для которых она изначально была пригодна. Это вопрос, который мы подробно исследуем. Это дополняет непосредственно наблюдаемый подход, представленный в Приложении, и является более точным способом измерения количества галактик в наблюдаемой в настоящее время Вселенной, если функции масс правильно измерены и точно параметризованы. Однако этот метод потенциально чреват подводными камнями, которые необходимо тщательно рассмотреть и проанализировать. Не в последнюю очередь это связано с тем, что измерения зависят от гораздо большего количества факторов, чем просто фотометрия и проблемы с идентификацией объекта, которые всегда присутствуют при простом измерении числа галактик. Ситуация здесь связана с другими неопределенностями, связанными с измерением звездных масс и красных смещений. Тем не менее, если мы можем объяснить эти неопределенности, интеграция установленных функций масс может рассказать нам о плотностях галактик в заданном интервале красного смещения с некоторой измеренной неопределенностью. Мы используем этот метод для вычисления общей плотности галактик, находящихся в пределах наблюдаемой в настоящее время Вселенной, как функции красного смещения. Для этого мы непосредственно не интегрируем наблюдаемые функции масс, а используем параметризованную форму, заданную функцией Шехтера (1976), чтобы определить общую плотность числа галактик как функцию красного смещения. Форма этой функции задается:

$\phi(M) = b\times\phi^\ast\ln(10)[10^{b(M-M^\ast)}]^{1+\alpha}$ $\times\exp[-10^{b(M-M^\ast)}] . . . . .(1)$

где b = 1 для функции масс, b = 0.4 для функции светимости, которая будет записана в терминах абсолютных величин. Для функции масс, $M^*$ есть типичная масса в логарифмических единицах и определяет, где функция массы изменяет наклон, а $M = \log(\frac{M_*}{M_\bigodot})$ есть масса в логарифмических единицах. Аналогично для функции светимости, $M^*$ соответствует типичной величине. Для обоих функций $\phi^*$ есть нормализация, а $\alpha$ определяет наклон для более тусклых и менее массивных галактик. Наш метод использует опубликованные значения $\phi^*$, $\alpha$ и $M^*$ для вычисления интегрированного количества галактик в различных красных смещениях. Мы используем функцию светимости Шехтера как инструмент для вычисления общей плотности так как в целом она хорошо описывает распределение масс галактик во всех красных смещениях в диапазонах, которые мы исследуем. Однако мы не знаем, в каком нижнем пределе массы он остается действительным, что является одной неопределенностью в нашем анализе. Далее мы обсудим использование $M_*&gt10^6 M_\bigodot$ как лимита и обоснование его использования в качестве нашего нижнего предела. Мы также обсудим, как наши результаты изменились бы, если бы мы использовали другое значение ограничения нижнего предела массы. Поскольку мы интегрируем функции масс через всю историю вселенной, мы должны использовать множество обследований для учета числа галактик при разных красных смещениях. Различные диапазоны красного смещения требуют исследований, выполненных на разных длинах волн, и различные исследования иногда обнаруживают разные значения параметров Шехтера. В этой работе мы пытаемся всесторонне изучить функции масс, которые, особенно при низком красном смещении, могут давать широко расходящиеся значения плотности и формы эволюции. Мы получаем почти одинаковые результаты, как при использовании двойной функции светимости Шехтера, применяемую для расчета функции масс при низких значениях космологического красного смещения, также как и в том случае, если мы используем степенной закон ( power-law) для расчета функции масс при высоких значениях космологического красного смещения.

В диапозоне космологического красного смещения z ~ 0 - 3 мы используем установленные значения функций масс и их ошибки из работ, проведенных Perez-Gonzalez et al. (2008), Kajisawa et al. (2009), Fontana et al. ( 2004, 2006), Caputi et al. (2011), Pozzetti et al. (2007), Mortlock et al. (2011), и Mortlock et al. (2015). Эти функции звездных масс определяются путем измерения звездных масс объектов посредством процедуры SED fitting ( spectral energy distributions fitting). Несмотря на большой разброс в различных измерениях параметров функции Шехтера, мы используем всю эту информацию, чтобы принимать во внимание различные методы измерений и используемых моделей, а также космическую дисперсию ( cosmic variance). Эти функции масс, параметризованные функцией Шехтера, показаны на Рисунке 1. Мы также конвертируем те исследования, в которых используются начальные функции масс Шабрие ( Chabrier IMF) - Pozzetti et al. (2007), Duncan et al. (2014), Mortlock et al. (2015) и Muzzin et al. (2013) который использует начальные функции масс Кроупа (Kroupa IMF) в начальные функции масс Солпитера (Salpeter IMF). Список значений, которые мы используем в нашем анализе, показан в {{ show2_MathJax ? "Закрыть":"Таблице 1" }}

Таблица 1. αFontana et al. (2006) устанавливали изменение параметров Шехтера по значениям красного смещения, а не в пределеах отдельных блоков красного смещения. Эти значения, таким образом, получены с использованием их формулы для параметров и связанных с ними ошибок. βMortlock et al. (2011) использовали постоянную M* от log M* = 11.43 по всему диапозону космологического красного смещения, который они исследовали от z = 1 до 3. Примечание - В этой таблице перечислены параметры приведенных функций Шехтера, которые мы используем для выполнения наших расчетов. Они все нормализованы в целях получения сопостовимых значений начальных функций масс Солпитера (Salpeter IMF), хотя Pozzetti et al. (2007), Duncan et al. (2014) и Mortlock et al. (2015) в своих работах использовали начальные функции масс Шабрие (Chabrier IMF), а Muzzin et al. (2013) использовали начальные функции масс Кроупа (Kroupa IMF).

{{ show2_MathJax ? "Закрыть":"Таблице 1" }}.

Заметим, что мы рассматриваем только те функции масс, где параметр α в применимых моделях Шехтера разрешается изменять. Если результат функции массы получается от фиксированного значения α, то это приводит к искажению числа галактик, поскольку это значение имеет существенное влияние на число тусклых галаких с небольшой массой в заданном объеме (§3.2). Поэтому мы исключаем результаты функции масс из исследований, использующих α как константу при моделировании других параметров Шехтера. В последнее время первые измерения функции звёздной массы для высоких значений космологического красного смещения до z ∼ 8 позволяют проводить эту процедуру обратно, таким образом мы можем исследовать самые ранние галактики, обнаруженные на сегодняшний день. Мы используем функции масс из исследований Duncan et al. (2014), Grazian et al. (2015), Song et al. (2015), которые использовали результаты наблюдений из GOODS-S field (Южной области) и GOODS-N field (Северной области) по программе изучения происхождения галактик GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey project) в рамках глубокого космического внегалактического обзора в ближнем инфракрасном диапазоне CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey), а также из HUDF (Hubble Ultra Deep Field). Для высоких значений космологического красного смещения функции масс являются относительно новым параметром, поэтому в целях получения согласованных и непротиворечивых данных мы также проанализировали полученные функции светимости в ультрафиолетовом диапазоне, в основном при 1500˚A. Для этого мы использовали данные, опубликованные в работах Bouwens et al. (2011), McLure et al. (2009), McLure et al. (2013), Bouwens et al. (2015) и Finkelstein et al. (2015). McLure et al. (2013) и Bouwens et al. (2015) анализируют данные, полученные из самых дальних обзоров Космического телескопа «Хаббл», включая обзор HUDF12 Hubble Ultra Deep Field 2012, который исследовал галактики для самых высоких значений космологического красного смещения при $z = 8$ и $z = 9$. Для преобразования лимта звездных масс к пределу УФ-величины, мы используем отношения между этими двумя величинами, рассчитанные в работе Duncan et al. (2014). Duncan et al. (2014) смоделировали линейное отношение между массой и светом в УФ и как она развивается при различных значениях космологического красного смещения. Мы используем их, чтобы определить, предел УФ-величины, соответствующий нашему стандартному лимиту масс $M_* = 10^6M_\odot$. Таким образом, мы можем связать наш лимит звездной массы с пределом абсолютной величины в УФ. Мы не используем эти значения в наших расчетах, но используем эти функции светимости для проверки соответствия наших результатов, полученных от функций звездных масс. Мы находим высокую согласованность с функциями звездной массы, в том числе при использовании различных вариаций преобразования звездной массы в УФ-светимость (например, Duncan et al. 2014; Song et al. 2015). Более того, все наши функции масс для высоких значений космологического красного смещения более или менее согласованы, за исключением Grazian et al. (2015), результаты которого приводят к несколько более низкому значению $\phi_T$.

5. Краткие итоги исследования

Мы исследовали фундаментальный вопрос о распределение плотности галактик во Вселенной. Мы анализируем эту задачу несколькоми способами и обсуждаем последствия для эволюции галактики и космологии. Мы используем недавно полученные массовые функции для галактик до z ∼ 8 для определения распределения плотности галактик во Вселенной. Наш основной вывод заключается в том, что плотность числа галактик уменьшается с течением времени как $\phi_T(z) \sim t^{-1}$, где t – возраст Вселенной. Далее мы обсуждаем последствия этого увеличения плотности числа галактик с ретроспективного взгляда назад для множества ключевых астрофизических вопросов. Интегрируя плотность числа галактик мы рассчитали количество галактик во Вселенной, значение которого составило $2.0 {+0.7\choose -0.6} \times {10^{12}}$ для $z = 8$, которое в принципе можно наблюдать.

timofey.pro

Сколько же галактик во Вселенной?

Слова поэта поражают: ведь в те времена знали только одну звездную систему. И как ни много звезд в нашей Галактике, но их количество все-таки ограничено — около 100 млрд. Лишь в начале прошлого века астрономы поняли, что есть звездные миры, существующие независимо от нашей системы-галактики, называемой Млечный Путь. Туманность Андромеды — типичный пример соседнего гигантского звездного дома. С открытием других звездных "островов" мысль о бесконечности окружающего нас мира получила существенную поддержку. Ведь если галактика в созвездии Андромеды похожа на нашу, в которой расположена Солнечная система, то схожую природу имеют и множество других галактик, в которых из-за их удаленности от нас ученые не могут рассмотреть отдельные звезды.

Сколько же галактик во Вселенной? Ответ на этот вопрос имеет громадное значение для судеб находящихся в ней цивилизаций. Если все галактики можно "пересчитать", то это означает, что и время жизни Вселенной должно быть ограничено.

Наш мир существует благодаря тому, что в начале всего лежит превращение водорода в гелий, происходящее внутри звезд. Этот процесс образно описал Харри Мартинсон в миниатюре:

В изнанке времени возник

водород в неброском виде

и из атомов воздвиг

богу своему хитроумный дом.

И в этом мире мы с вами сейчас живем! Постепенно звезда "...сжимается и стынет и плывет в те миры, где тускло носятся в пустыне, как луны, мертвые шары". Так Семен Кирсанов в стихотворении "Сожаление" пишет о судьбе звезды.

Каково же будущее того мира, где звезды, исчерпав запасы горючего, поддерживавшего их свечение на протяжении десятков миллиардов лет, либо превратятся в холодные объекты — белые карлики, нейтронные звезды, либо станут черными дырами?

Конечно, можно подсчитать, что нашей Галактике, чтобы превратиться в кладбище звезд, понадобится сотня миллиардов лет. Астрономы установили, что возраст Галактики составляет около 12 млрд. лет. А что произойдет с ней в следующий десяток миллиардов лет? Неужели человечество окажется в поистине фантастическом мире, в котором все звезды погасли? А жизнь сохранившихся цивилизаций будет поддерживаться теплом, извлекаемым неведомыми нам путями, например, в космической жаровне, где будут сгорать отжившие свое звезды.

Но есть ли во Вселенной такие процессы, которые приводили бы к возобновлению водорода? Если есть, то в Галактике должен иметь место "круговорот водорода". И тогда было бы весьма затруднительно указать время "кончины" подобной системы. Такая возможность позволит какой-нибудь развитой цивилизации путешествовать от одной звезды к другой, еще не погасшей, обеспечивая себе практически вечное существование. Ведь если в одной области галактики звезды умирают, то в другой — могут загораться новые. Такое рассуждение понадобилось нам, чтобы обосновать переход ученых к рассмотрению свойств объектов, расположенных за пределами нашего звездного дома, причем иногда на столь огромных расстояниях, что луч света от них идет к нам миллиарды лет. Для сравнения вспомним: необходимо чуть больше 8 минут, чтобы световой луч известил нас о том, что произошло на Солнце. Чтобы "определить судьбу" Вселенной, в том числе и нашей Галактики, следовало бы узнать о свойствах громадного мира галактик.

Сейчас ни один астроном с точностью не скажет, сколько галактик можно наблюдать на небе современными средствами. В 1934 году американский астроном Эдвин Хаббл подсчитал, что число звездных островов, которые он смог бы "увидеть" с помощью крупнейшего тогда телескопа с диаметром зеркала 2,5 м, составляет свыше 5 млн. Но с тех пор построены 6-м, несколько 8-м и два 10-м телескопа. В 6-м телескоп астрономы смогли бы наблюдать уже 1,4 млрд. галактик. Конечно, столько объектов ни один астроном не в состоянии увидеть. На помощь пришли подсчеты, сделанные в небольшом участке неба, которые затем были увеличены с учетом площади всей небесной сферы.

А вот космическому телескопу, названному в честь Э. Хаббла, доступны для просмотра уже около 50 000 млрд. галактик! Сравните эту цифру с количеством жителей на Земле — на каждого приходится около 10 000 галактик! А в каждой галактике бывает до 100 млрд. звезд. Вот и верь после этого астрологам, утверждающим, что звезды на небе определяют судьбу каждого человека на Земле. Но хоть и велики приведенные цифры, но им все равно далеко до бесконечности.

Как разобраться в закономерностях, определяющих вид и суть столь огромного количества объектов? Конечно, такая задача была бы невообразимо трудной, а может, и неразрешимой, если бы все внегалактические объекты были различны. Природа оказалась не настолько коварной, чтобы завести астрофизиков в тупик. По образному выражению Вильяма Гершеля, "Лаборатория Природы", а именно так он назвал мир звезд и туманностей, есть "сад", в котором различные объекты находятся на разных стадиях развития. К великому сожалению, астрономы до сих пор не могут с уверенностью сказать, какие объекты этого космического сада являются молодыми, а какие — старыми. Но все-таки разделить все множество галактик на типы ученые смогли более 70 лет назад. И сделал это уже знакомый нам Э. Хаббл. Весной 1926 года идея ученого была опубликована в отчете Комиссии по туманностям Международного Астрономического Союза.

Оказалось, что 95 % всех звездных островов имеют симметричную форму. Лишь у трех из ста галактик трудно заметить какую-либо структуру, и по этой причине они были названы неправильными.

Другой известный астрофизик Вальтер Бааде писал, что "система Хаббла настолько эффективна, что число исключений неправдоподобно мало". Схема Хаббла очень проста: галактики бывают сферическими, эллиптическими, спиральными и неправильными. Вот только га-Схема, показывающая разнообразие форм галактик, была предложена Эдвином Хабблом. Она имеет вид "камертона": на "рукоятке " изображены эллиптические галактики, на двух ответвлениях — спиральные галактики. В том месте, где ответвления соединяются с "рукояткой", находится чечевицеобразная галактика, которая обладает некоторыми особенностями эллиптических и спиральных галактик.

Галактики делятся на два больших класса. У одних спирали выходят прямо из ядра, а у других — из перемычки, соединяющей спирали с ядром.

Ученые любят все выражать в процентах, и во многих случаях это бывает оправдано, ведь за цифрами всегда кроется какая-нибудь особенность. Половина галактик имеют спирали, а четверть из них видна на фотографиях в виде светлых пятен эллиптической формы. Бесформенных галактик всего 5 %. Пятая часть относится к линзообразным, поскольку это — и не эллиптические, и не спиральные галактики.

Цифры всегда скучны сами по себе, если не участвуют в описании какого-нибудь сюжета, который оказывается иногда весьма занимательным. Действительно, почему галактики отличаются друг от друга? Не становятся ли сферические галактики со временем спиральными, которые затем теряют свой узор и превращаются в неправильные? Красоту схемы Хаббла признали все. Пользоваться ею стали на всех обсерваториях, поскольку, как казалось вначале, она вроде бы описывала простую схему возникновения и жизни галактик.

Вообразите гигантское облако газа, из которого со временем образуется галактика с сотней миллиардов звезд. Гравитация будет сжимать облако, а вращение приведет к сплющиванию. Вот и получается, что если галактика вначале имела сферическую форму, то со временем она становилась все более сжатой. А как же появились спирали? Вспомните катание на карусели — круге, вращающемся вокруг оси, проходящей через его центр. Удержаться на нем становится все труднее по мере увеличения скорости его вращения. Так и вещество галактики — оно будет отрываться от экваториальной плоскости, и удаляясь от оси вращения, закручиваться в виде спиралей.

Такая теория объясняла существование всех типов галактик. По этой схеме наша Галактика и туманность Андромеды, которые являются наиболее массивными из всех видимых в наблюдаемой части Вселенной (Метагалактике), должны быть наиболее старыми. Процесс сжатия ускоряется с увеличением массы протогалактического облака. Но такой вывод вряд ли верен, поскольку почти все галактики имеют один и тот же возраст. Есть и другие аргументы против изложенного допущения. Например, почему у "очень старых" неправильных галактик астрономы обнаружили наибольшее количество газа, иногда до трети от массы самого объекта. Как же так, почему у старого объекта есть еще вещество, из которого могут образовываться звезды?

А может быть, каждая из галактик проходит свой собственный путь развития? И что же тогда со временем может получиться из туманности Андромеды или из нашей собственной Галактики? Но в природе всегда множество схожих объектов развивается определенными схожими путями. Какими же?

Большинство из нас знает астрономические объекты, заключенные внутри весьма ограниченного объема пространства — звезды, планеты и их спутники, кометы, астероиды... Но Абдулла Арипов в стихотворении "Безбрежность" верно отметил:

Доказано, что нет пределов у Вселенной:

Над небом наших звезд —

Миры других небес.

Ни мыслью, ни мечтой,

Пусть самой дерзновенной,

Не в силах мы объять

Величье всех чудес.

О звездной природе галактик узнали после того, как К. Лундмарк наблюдал звезды на окраинах туманности М 33 в созвездии Треугольника. Через пять лет Э. Хаббл сделал то же и для туманности в Андромеде М 31. В настоящее время самый крупный телескоп способен зафиксировать сотни миллиардов галаклактики делятся на два больших класса. У одних спирали выходят прямо из ядра, а у других — из перемычки, соединяющей спирали с ядром.

Такая теория объясняла существование всех типов галактик…

…Расстояния до галактик невозможно определить методом параллаксов, так как они слишком далеки. Для этого используют наблюдения цефеид, Новых и Сверхновых звезд, шаровых скоплений, облаков ионизированного водорода и др. В 1912 году В. Слайфер открыл красное смещение в спектрах галактик, которое в сравнении с расстоянием до них и позволило Э. Хабблу установить связь между ними.

Вид галактики связан с ее характеристиками: более яркие галактики являются и более массивными. Масса галактики определяется по кривой скоростей, то есть, зависимости скорости вращения от расстояния до центра галактики.

Кривые вращения показывают также, что в галактиках, возможно, есть значительное количество вещества, которое не проявляет себя в излучении — так называемая "скрытая масса".

Массы же галактик могут быть весьма велики — до нескольких сотен миллиардов масс Солнца, причем, наиболее массивными оказываются эллиптические галактики.

Многие галактики входят в скопления. Наша галактика входит в Местную группу, насчитывающую свыше трех десятков галактик, в число которых входит М 31, одна из самых массивных в Метагалактике, а также около двух десятков карликовых галактик и знаменитые Магеллановы облака — Большое и Малое — спутники Галактики. Центр ближайшего сверхскопления галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 65 млн. световых лет. Оно содержит около 200 галактик высокой и средней светимости, в том числе и ярчайшую из них — "Сомбреро". Ученые считают, что наша Местная система галактик входит в это сверхскопление.

Многие галактики являются источниками радиоизлучения. Среди них выделяются галактики умеренной мощности (N-галактики и сейфертовские галактики). Многие галактики активно излучают избыточное количество коротковолнового излучения. Считается, что его источниками являются электроны, движущиеся в магнитных полях галактик.

Наиболее замечательными и наиболее удаленными от нас галактиками являются квазары — источники необычайно высокого излучения, природа которого до сих пор не разгадана. Астрономы уверены, что в центре квазаров расположена сверхмассивная черная дыра, взаимодействие которой с веществом Галактики и является причиной мощного излучения.

Мы еще не раз вернемся к теме изучения галактик, поскольку она действительно неисчерпаема, и вопросов здесь гораздо больше, чем ответов.

Космический танец царства Галактик

Детальное исследование Вселенной показало, в каком фантастическом космическом балете участвует Земля. Сначала она со скоростью 30 км/с увлекает нас за собой в ежегодное путешествие по орбите вокруг Солнца диаметром 17 световых минут (рис. А). Солнечная система совершает "кругосветное путешествие" вокруг центра Млечного Пути со скоростью 230 км/с (рис. В).

Млечный Путь диаметром 100 тысяч световых лет летит со скоростью 90 км/с к своей соседке Андромеде, при этом они являются частью Местной группы, которая простирается на миллионы световых лет (рис. С). В свою очередь, Местная группа галактик движется со скоростью, примерно, 600 км/с, притягиваемая сверхскоплениями в созвездиях Девы, Гидры и Центавра, ближайшее из которых отстоит от нас на расстоянии более 65 млн. световых лет (рис. D). Упомянутые ближайшие сверхскопления находятся в гравитационном взаимодействии с другими галактическими агломерациями.

Совокупности сверхскоплений образуют гигантские цепочки, протяженностью в сотни миллионов и миллиарды световых лет. Самое интересное то, что видимая нашим глазом материя (звезды и галактики) играет весьма незначительную роль в этом "Вселенском спектакле". В значительно большей степени эти гигантские пространственные структуры формирует: а) — гравитационное поле невидимой "скрытой массы" или "темной материи", излучение которой не фиксируется нашими приборами, а также б) — антигравитационное воздействие "темной энергии", способствующее расширению Метагалактики.

В глубинах Малого Магеланового облака

Несомненным украшением южного звездного неба нашей планеты является Малое Магелланово облако (ММО) — спутник Млечного Пути. Оно находится от нас на расстоянии 210 000 световых лет в направлении созвездия Тукана. Объектом исследований космического телескопа им. Хаббла стала область звездообразования в ММО, получившая название NGC 346. Эта область, запечатленная на снимке, приведенном на следующей странице, имеет в поперечнике около 200 световых лет. При детальном исследовании ученые обнаружили здесь множество звездных эмбрионов, зарождающихся в коллапсирующих газово-пылевых облаках. В этих зародышах еще не начались ядерные реакции. Наименьшие из них имеют массу, равную половине массы нашего Солнца. Их общее количество равно, примерно, 2500. По оценкам астрономов, общее количество звезд в NGC 346 составляет 70 000. Там обнаружено несколько возрастных групп звезд. Наиболее старые имеют возраст 4500 млрд. лет (ровесники нашего Солнца), а самые молодые образовались всего 5 млн. лет назад, когда человек на Земле осваивал прямохождение.

Галактики, не имеющие выраженной структуры, подобные ММО, считаются строительными блоками, из которых на ранних стадиях развития Вселенной формировались большие галактики. Этот спутник Млечного Пути является "лабораторией" для исследования процессов рождения звезд. ММО образовалось значительно позже нашей Галактики, о чем говорит меньшее содержание тяжелых элементов в его звездах.

Автор: Владимир Карташов

P.S. Протяжность временного потока

astroera.net