Galaktyki

GALAKTYKI

Galaktyki są ogromnymi układami gwiazd i materii międzygwiezdnej. Najmniejsze z nich zawierają 100 tys. gwiazd, podczas gdy w największych może ich być do 3 bilionów. Galaktyki wyglądają w różny sposób w zależności od tego, jakie mają rozmiary, jak szybko się obracają, ile zawierają ciemnej materii i pod jakim kątem są do nas zwrócone.
Podwaliny pod współczesne badania genezy galaktyk położył Edwin Hubble, gdy odkrył, że Droga Mleczna nie jest we wszechświecie jedyna. Nad ranem 6 października 1923r. w obserwatorium na Mount Wilson w Kalifornii robił fotografię spiralnego kształtu gromady gwiazd, znanej jako M31 lub Wielka Mgławica w Andromedzie, co do której wszyscy zakładali, że wchodzi w skład Drogi Mlecznej. Wkrótce zdał sobie sprawę, że w tym zbiorowisku gwiazd znalazł maleńki klejnot- gwiazdę zmienną, należącą do typu zwanego cefeidami. Gwiazdy te mają niezwykłą właściwość- ich jasność zwiększa się i zmniejsza jak w zegarku, a im dłuższy jest okres wahań jasności, tym większa jest jasność rzeczywista gwiazdy. To znaczy zaś, że taka gwiazda może posłużyć do mierzenia odległości w kosmosie. Porównując wydedukowaną na podstawie okresu wahań jasności rzeczywistą jasność cefeidy w mgławicy M31 z jej jasnością obserwowaną, Hubble mógł wyliczyć, że gwiazda, a zatem i mgławica, w której się ona znajduje, położone są w odległości miliona lat świetlnych- trzykrotnie dalej niż szacowana wtedy średnica wszechświata. Jasne więc było, że ta gromada gwiazd znajduje się poza granicami Drogi Mlecznej.
Hubble wkrótce ustalił, że są trzy rodzaje galaktyk. Galaktyki eliptyczne, w których większość gazu zamieniła się w gwiazdy dawno temu, przypominają kształtem piłkę do rugby. Galaktyki eliptyczne to olbrzymie skupiska gwiazd i sama nazwa wskazuje, jaki mają kształt. Najlepiej znaną galaktyką eliptyczną jest zapewne M87. jednocześnie to jedna z największych znanych nam galaktyk- zawiera pięć bilionów (5x 10 ²) gwiazd. Galaktyki te nie mają zbyt wiele pyłu międzygwiezdnego, dlatego też nie widać w nich na ogół efektownych pasm i zagęszczeń, charakterystycznych dla galaktyk spiralnych.
Spiralne, w tym Droga Mleczna, stanowiące 2/3 wszystkich znanych galaktyk we wszechświecie, mają mniej więcej kuliste jądro, złożone ze starych gwiazd, przypominające galaktyki eliptyczne, otoczone dyskiem, składającym się z wąskich ramion spiralnych, rozświetlonych przez nowo narodzone gwiazdy. Galaktyki spiralne mogą wykazywać dość szczególne cechy; M64 ma olbrzymią plamę ciemnej materii w pobliżu swego środka, co sprawia tak niezwykłe wrażenie, że nazwana została „Czarnym Okiem”. Znacznie częściej wzdłuż średnicy galaktyki mogą przebiegać wąskie, ciemne pasma pyłu. Przy sprzyjających warunkach obserwacji już teleskop o średnicy 20 cm może ukazać takie pasmo w Wielkiej Mgławicy w Andromedzie, przypominający dysk z jajkiem sadzonym pośrodku. Niektóre galaktyki mogą na skutek rotacji wykształcić w jądrze charakterystyczne wydłużenie, z którego końców wychodzą ich ramiona. Takie galaktyki nazywamy galaktykami spiralnymi z poprzeczką.
Trzecią grupą są galaktyki nieregularne, w których gwiazdy powstają w stałym, powolnym tempie. Klasa galaktyk nieregularnych obejmuje galaktyki o różnorodnych kształtach: od Małego Obłoku Magellana, galaktyki sąsiadującej z Drogą Mleczną, do M82 w Wielkiej Niedźwiedzicy.
Edwin Hubble podzielił galaktyki na kilka klas, wykorzystując wyniki swych obserwacji, wykonanych teleskopami o średnicy 2,5 i 5 m. Klasyfikacja ta wygląda następująco:

E- eliptyczne, z podpodziałem od 0 do 7,
S- spiralne: a) jasne jądro, słabo rozwinięte ramiona,
b)mniejsze jądro, dobrze rozwinięte ramiona,
c)słabe jądro, wyróżniające się ramiona,
p)osobliwa
Sb- spiralne z poprzeczką,
I- nieregularne.

Na podstawie zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a astronomowie odkryli taką rozmaitość otaczających nas dziś galaktyk, że aż dech w piersiach zapiera- od ogromnych wirujących galaktyk spiralnych, lśniących błękitnym światłem nowo narodzonych gwiazd, do niekształtnych galaktyk eliptycznych żarzących się czerwonawym blaskiem gwiazd narodzonych miliardy lat temu; i jeszcze dalej- postrzępionych galaktyk, za którymi ciągną się strugi gwiazd wyrwanych w wyniku zderzeń z inną galaktyką. Jeszcze przed stu laty astronomowie wiedzieli o istnieniu tylko naszej galaktyki, zwanej Drogą Mleczną. Sądzili, że składa się ona z około 100 mln gwiazd. Potem odkryto, że niektóre rozmyte plamki na niebie same są galaktykami. Teraz wiemy, że Drogę Mleczną tworzy ponad 100 mld gwiazd, i że we wszechświecie jest jakieś 100 mld galaktyk.
Czasami galaktyka jest zdeformowana przez zderzenie z inną. Kwazary (ang. quasi-stellar- gwiazdopodobny) są uważane za aktywne jądra galaktyk, ale wciąż ich natura jest niejasna. Są one obiektami astronomicznymi o najwyższej mocy promieniowania. Ich optyczne obrazy są punktowe i na tym polega ich podobieństwo do gwiazd. Można je obserwować nawet na peryferiach Wszechświata, w odległości 15 mld lat świetlnych, podczas gdy najdalsze typowe galaktyki są 10 mld lat świetlnych od nas. Aktywne galaktyki Seyferta i radiogalaktyki są silnymi źródłami promieniowania. W radiogalaktykach promieniują również rozległe obłoki radiowe, ale i do nich energia dostarczana jest z jądra za pośrednictwem strumieni cząstek. Uważa się, że duża moc promieniowania kwazarów i aktywnych galaktyk jest bezpośrednio związana z obecnością czarnych dziur.
Bardzo ważna jest geneza odkrycia tzw. „ciemnej materii”, która utrwala kształt galaktyk. W 1993 Fritz Zwicky zwrócił uwagę na bliską gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Warkocz Bereniki i ustalił, że wcale nie powinna istnieć. Poszczególne galaktyki w tej gromadzie obiegały jej centrum tak prędko, że siła ciążenia wywierana przez obserwowane obiekty była zbyt mała, by gromada się nie rozleciała. Zwicky zaproponował więc, by uznać, że materia widzialna tej gromady to tylko fragment jej zawartości. Resztę, której nie widać, nazwał „ciemną materią”. Początkowo nie chciano uznać, iż Zwicky ma rację. Po kilkudziesięciu latach astronomowie przekonali się, że koncepcja ciemnej materii pozwala wyjaśnić wiele tajemnic. W 1973 roku kosmolodzy z Princeton Jim Peebles i Jerry Ostriker stwierdzili, że zagadkowa materia jest niezbędna, by galaktyki spiralne, w tym i Droga Mleczna, nie rozpadły się na kawałki. Doszli do wniosku, że galaktyki spiralne muszą być osadzone w otoczce z ciemnej materii. Tylko w ten sposób można wyjaśnić fakt, że gwiazdy na zewnętrznym skraju galaktyki spiralnej poruszają się nie wolniej niż te w pobliżu jądra. Co więcej, ciemna materia rozwiązuje podstawową zagadkę powstania galaktyk- w jaki sposób wszechświat zmienił się z homogenicznej, gorącej zupy cząsteczek w mieszaninę galaktyk. Musiało wcześniej istnieć coś więcej, sama „zwyczajna” materia- protony, elektrony i neutrony- nie mogła takich zagęszczeń utworzyć. Było jej za mało i nie mogła zacząć się zbijać w grudy, póki wszechświat nie ostygł. Tymczasem ciemnej materii było pod dostatkiem i nie podlegała żadnym siłom poza grawitacją. Mogła się zagęszczać wkrótce po narodzinach wszechświata, dając zwyczajnej materii oparcie do tworzenia galaktyk. Ku zaskoczeniu astronomów odległe galaktyki łączyły się w wyraźne zgrupowania. Ujawniało to, jak rozmieszczona jest ciemna materia. Okazało się, że pierwsze galaktyki utworzyły się w najbardziej zagęszczonych rejonach wszechświata. Odpowiada to mniej więcej najbardziej zagęszczonym rejonom dzisiejszego kosmosu, czyli miejscom, gdzie obserwuje się skupiska i gromady galaktyk. W miarę upływu czasu i wskutek nieubłaganego wpływu grawitacji w rejonach o niższym zagęszczeniu materii także zaczęły się rodzić galaktyki jarzące się nowo narodzonymi gwiazdami. W 2001 roku odkryto, że z galaktyk „z przerwą Lymana” wiały potężne wiatry. Dowodziło to, że poza ciemną materią w tworzeniu się galaktyk bierze udział coś jeszcze. Wiatry te, wywołane przez wybuchy supernowych, są tak silne, że powodują wydostanie się zwykłej materii z uchwytu ciemnej materii, na którą te wiatry nie działają. Wiatry oczyszczają „pęcherz” wokół macierzystej galaktyki, a także wysyłają wodór i inne pierwiastki w przestrzeń. Cięższe pierwiastki, które tworzą się wyłącznie we wnętrzach gwiazd, stają się podstawą dla następnego pokolenia galaktyk.
Droga Mleczna to nazwa słabo świecącego pasa, który rozciąga się przez nocne niebo. To światło pochodzi z gwiazd i mgławic należących do naszej Galaktyki. Nasza Droga Mleczna jest galaktyką spiralną: jej owalne centrum otaczają olbrzymie ramiona, jakby nawijając się na jądro. Prawie sferyczne zgrubienie centralne jest też otoczone przez gwiazdy tworzące rzadkie halo. Nie możemy bezpośrednio obserwować jej spiralnej struktury, ponieważ Układ Słoneczny znajduje się w jednym z ramion (Ramię Oriona, zwane też Lokalnym). Centrum Galaktyki zasłaniają nam zupełnie obłoki pyłowe; w rezultacie nasz optyczny obraz Galaktyki jest silnie ograniczony. Bardziej kompletny obraz można uzyskać za pośrednictwem fal radiowych, podczerwieni i w innych zakresach. W zgrubieniu centralnym znajdują się dość stare czerwone i żółte gwiazdy. W halo można spotkać najstarsze gwiazdy- niektóre z nich mają 15 mld lat i dorównują wiekiem Galaktyce. W ramionach spiralnych znajdują się głównie gwiazdy młode i gorące oraz złożone z gazu i pyłu mgławice, wewnątrz których gwiazdy się rodzą. Galaktyka jest rozległa, ma około 100 tys. lat świetlnych średnicy. Dla porównania Układ Słoneczny wygląda na mały, mając rozmiary 12 godzin świetlnych. Nasza Galaktyka (odległość dwóch trzecich promienia od centrum Galaktyki) obraca się wokół środka raz na około 220 mln lat, przy czym gwiazdy bliższe centrum szybciej dokonują pełnego obiegu. Pomyśl o dinozaurach w triasie wędrujących po Ziemi jeden galaktyczny rok temu, a będziesz miał pojęcie, co oznacza ta skala czasowa. Bardzo bliska nam jest Wielka Mgławica w Andromedzie, która pędzi w naszą stronę z prędkością 500 tys. km/h i za kilka miliardów lat zderzy się z Drogą Mleczną.