Galaksi lingkaran super terang - pautan yang hilang dalam teori evolusi • Marat Mussin • Berita sains mengenai "Unsur" • Evolusi galaksi, astronomi Extragalactic, Astrofizik

Galaksi spiral super terang – pautan yang hilang dalam teori evolusi

Rajah. 1. Andromeda Galaxy, juga dikenali sebagai M31, adalah galaksi spiral yang paling dekat kepada kita. Jarak kecil yang membolehkan anda mengkaji secara terperinci strukturnya: lengan spiral yang dapat dilihat, awan biru gas dan habuk di pinggir, di mana bintang membentuk, teras terang dengan kepekatan tertinggi bintang, tua dan rendah-massa. Galaksi luar biasa yang dirujuk dalam artikel ini adalah 5-7-7 kali lebih besar daripada Galaxy Andromeda, dan kadar pembentukan bintang mereka adalah 60-70 kali lebih cepat. Imej dari space.com

Galaksi muncul, berkembang dan mati. Berjanji, mengumpul gas dari persekitaran luaran, menyalakan lubang hitam supermasif di teras mereka, cadangan gas yang melelahkan, menghangatkan dan menyejukkan, mereka berubah tanpa pengiktirafan. Sekarang kita tahu lebih banyak tentang mereka daripada Edwin Hubble yang menemui mereka, dan salah satu tugas astrofizik moden adalah membina teori yang koheren mengenai evolusi galaksi, di mana ia akan menjadi jelas bagaimana galaksi ini atau yang berasal dan apa yang akan diubah pada masa depan. Satu artikel oleh ahli astronomi Amerika mengenai pengesanan 53 galaksi spiral yang cerah dan besar boleh mengisi salah satu jurang dalam teori ini. Galaksi-galaksi ini, di mana, walaupun jisimnya yang besar, pembentukan bintang aktif berterusan,sesuai dengan peranan peringkat peralihan secara teoritis di antara galaksi spiral dan lenticular.

Galaksi kelas baru tidak masuk ke dalam teori

Para astronom dari California Institute of Technology (USA) telah menemui 53 galaksi spiral super terang: kecerahan mereka dalam jarak optik adalah kira-kira 10 kali ganda lebih besar daripada kilauan Bima Sakti kami dan setanding dengan galaksi yang paling terang – elips. Galaksi yang dikesan juga besar dalam saiz (dari 57 hingga 134 kiloparsec, atau sehingga 400,000 tahun cahaya) dan jisim bintang konstituen mereka (sehingga 3.4 · 1011 massa matahari). Kedua-duanya adalah lebih besar daripada Bima Sakti dengan faktor 5-6 (berdasarkan anggaran yang diberikan dalam artikel L. L. Watkins et al., 2010. Massa Bima Sakti dan galaksi Andromeda). Gabungan kadar pembentukan bintang dan jisim tinggi – dari 5 hingga 65 massa solar setiap tahun – meletakkan galaksi ini dalam kedudukan istimewa.

Rajah. 2 Potret semua 53 galaksi super terang. Para penulis mencatat ciri-ciri yang ketara di antara mereka: 1 – lingkaran dengan beberapa lengan, 8 – lingkaran asimetri dengan dua lengan, 10 – mengandungi objek kuasi-bintang (objek quasi-bintang, QSO – sesuatu yang kelihatan seperti bintang, tetapi sangat jauh dari kita dan yang bermaksud ia mempunyai kilauan yang sangat besar), 21 adalah galaksi berbentuk cincin, 23 mungkinmempunyai lengan yang cacat oleh daya pasang surut, 33 adalah cakera asimetri, 34 mungkin mempunyai bule menengah, 53 mungkin mempunyai lengan yang tidak berterusan. Imej dari artikel dalam perbincangan Jurnal astrofizikal

Kini secara amnya diterima untuk membahagi galaksi menjadi dua kelas utama: galaksi cakera biru (mereka biasanya mempunyai pembentukan bintang aktif), juga dikenali sebagai galaksi jenis akhir (LTG), dan galaksi elips "mati" yang berwarna merah, di mana bintang-bintang baru hampir terbentuk (ini adalah galaksi jenis awal, atau galaksi jenis awal, ETG) – mereka selalunya mempunyai bentuk ellipsoid dan jauh lebih besar daripada cakera. Galaksi cakera, pada gilirannya, terbahagi kepada lingkaran (Bima Sakti dan Andromeda Galaxy bersebelahan dengannya), yang lengannya terdapat pembentukan bintang aktif, dan galaksi lenticular (juga dipanggil lenticular) yang tidak mempunyai lingkaran yang jelas mereka diturunkan.

Pemerhatian menunjukkan bahawa jisim populasi bintang cakera galaksi, di mana proses pembentukan bintang masih diteruskan, tidak lebih daripada 5 · 1010 massa Matahari, dan sebagai cadangan gas habis dan kadar pembentukan bintang berkurang, mereka secara beransur-ansur berubah menjadi galaksi jenis awal. Proses ini mengambil masa kira-kira satu bilion tahun.Betapa tepatnya pas dan faktor mana yang mempunyai pengaruh terbesar terhadap evolusi galaksi masih menjadi perkara untuk dibincangkan.

Rajah. 3 Fungsi schechter. Paksi menegak ketumpatan galaksi dalam Alam Semesta Tempatan, dan secara mendatar – magnitud mutlak (yang berkait rapat dengan jisim). Fungsi ini dapat dijelaskan secara ringkas seperti berikut: kita mempunyai banyak galaksi kecil dan beberapa yang besar, dan Schechter memberikan penafsiran berangka tentang berapa banyak dan berapa sedikit. Gambar dari P. L. Schechter, 1976. Ungkapan analitik untuk fungsi kilauan untuk galaksi

Galaxies spiral yang hebat sekali pun berjaya mengekalkan kadar pembentukan bintang yang tinggi selepas mencapai jisim bintang 100 bilion (1011) massa suria – dan ini amat menarik perhatian astrofizik. Mengkaji mekanisme yang menunda "mati" galaksi dan peralihannya ke kelas galaksi lenticular atau elips merah lama akan membantu menjelaskan beberapa titik yang tidak diketahui dalam proses evolusi dalam galaksi.

Menurut konsep moden, galaksi dibentuk di kawasan dengan ketumpatan bahan yang meningkat, yang berada di alam semesta awal (mengapa heterogenitas ini telah timbul – persoalan masih belum diselesaikan).Model hierarki menganggap bahawa galaksi yang awalnya bertabrakan, membentuk yang lebih besar, yang seterusnya menyerap baki yang kecil – dan saintis hari ini melihat pengedaran galaksi oleh orang ramai, yang pertama kali diterangkan pada tahun 1976 oleh astrofizik Amerika Paul Schechter menggunakan fungsi empirik (lihat: Fungsi kilauan pencahayaan, Rajah 3). Fungsi Schechter cukup tepat mencerminkan fakta bahawa ahli astronomi melihat banyak galaksi kecil yang gelap dan sedikit yang cerah. Walau bagaimanapun, kelas galaksi spiral yang dikesan tidak sesuai dengan pergantungan ini.

Bagaimana mereka dijumpai?

Seperti yang sering berlaku, penemuan galaksi spiral super terang menjadi kesan sampingan projek yang sama sekali berbeza. Untuk ini, kita tidak perlu membuat sebarang pemerhatian astronomi baru: semua data fotometrik, serta jarak ke galaksi, telah pun diterbitkan dan berada dalam domain awam!

Kumpulan Patrick M. Ogle dari Caltech bekerja pada kesempurnaan data yang memeriksa pangkalan data extragalactic NASA (NASA / IPAC Extragalactic Database, NED), repositori terbesar gambar, fotometri dan spektrum galaksi yang diperoleh dari gelombang mikro, inframerah, julat optik dan ultraviolet (UV).Kerja-kerja itu sendiri untuk menentukan kesempurnaan data-data ini diperlukan untuk memahami betapa besar dan terang galaksi yang seharusnya supaya dapat dilihat pada suatu jarak tertentu, atau, sebaliknya, pada jarak sejauh mana jarak galaksi dengan ciri-ciri yang diberikan adalah supaya ia dapat lihat ke teleskop sedia ada. Ia perlu untuk menentukan seberapa besar pengagihan statistik galaksi oleh warna, jisim, morfologi dan parameter lain yang diputarbelitkan (dan kerana itu, mereka tidak benar-benar mencerminkan proses sebenar di Alam Semesta). Sebagai contoh, kita tidak melihat galaksi kecil yang redup di pergeseran merah yang besar, kerana mereka tidak berada di sana (mereka tidak mempunyai masa untuk membentuk, tidak ada syarat yang sesuai untuk mereka, dll.), Atau hanya teleskop kita tidak cukup baik?

Rajah. 4 Gambar-gambar dari satu galaksi spiral hebat (dalam Rajah 2, galaksi nombor 16), diambil dalam pelbagai spektrum elektromagnetik. Dari kiri ke kanan: dalam ultraviolet (diperolehi oleh teleskop UV ruang GALEX), dalam jarak optik (dari tinjauan digital digital Sloan, SDSS), dua tembakan kanan dibuat dalam julat inframerah sebagai sebahagian daripada kaji selidik 2MASS dan teleskop inframerah ruang WISE.Imej dari artikel dalam perbincangan Jurnal astrofizikal

Akibatnya, kumpulan Ogle mendapati bahawa dalam peralihan merah z ~ 0.3 (iaitu, tidak lebih daripada 3.5 bilion tahun cahaya dari kami) Sloan Digital Survey Sky (SDSS) melihat semua galaksi kira-kira 8 kali lebih terang daripada Bima Sakti kita. 797,729 galaksi sedemikian ternyata. Daripada ini, daripada rasa ingin tahu, 1616 yang paling menarik telah dipilih. Memandangkan kesan debu yang melemahkan radiasi optik, galaksi yang meresap di julat UV telah dikeluarkan (kerana kehadiran radiasi UV adalah tanda pembentukan bintang aktif). Sebahagian daripada galaksi ini diklasifikasikan sebagai lingkaran, dan ini merupakan kejutan besar – saintis tidak pernah melihat galaksi spiral yang begitu terang sebelum ini. Galaxies ini – mereka ternyata 53 – dibahagikan kepada kumpulan yang berasingan, dan mereka menjadi subjek kajian berasingan.

Mengapa mereka begitu menarik?

Massa galaksi super terang telah dibentuk dengan menggunakan hubungan yang terkenal yang berkaitan dengan massa dan kilauan galaksi spiral. Data teleskop optik dan gelombang mikro memberi persetujuan yang baik terhadap keputusan dan mengehadkan massa mereka kepada julat dari 30 hingga 340 bilion massa Matahari.

Selanjutnya, dengan menggunakan kaedah yang dicadangkan dalam artikel Y.-Y. Chang et al., 2015. Massa dan SFRs untuk 1M Galaxies dari SDSS dan WISE, menurut sinaran inframerah yang diukur oleh teleskop WISE, kadar pembentukan bintang ditetapkan dalam galaksi ini. Kesukaran adalah bahawa bintang-bintang besar-besaran muda sangat panas, dan, menurut undang-undang anjakan Wien, maksimum sinaran mereka berada dalam lingkungan UV. Ini akan menjadi tanda pembentukan bintang yang cemerlang jika sumber lain, seperti hidrogen terionisasi, juga tidak memancarkan sinaran UV.

Kemudian satu langkah rumit dicipta – untuk menggunakan penyerapan sinaran UV bintang oleh molekul tertentu, hidrokarbon polyaromatik, yang terdapat di kawasan di mana bintang-bintang baru dilahirkan. Molekul tidak boleh kekal di dalam keadaan teruja untuk masa yang lama, dan mereka memancarkan foton pada panjang gelombang tertentu, yang sesuai dengan radiasi inframerah dan sangat berjaya jatuh ke dalam pita penerimaan dari teleskop ruang WISE. Oleh itu, dengan mendaftarkan radiasi ini, seseorang secara tidak langsung boleh mengetahui kadar pembentukan bintang-bintang baru dalam galaksi. Pembentukan bintang di galaksi terpilih melebihi kadar kebanyakan galaksi ini dan sehingga 65 jisim suria setahun.Sebab-sebab ini tidak diketahui sepenuhnya, dan beberapa hipotesis dikemukakan dalam artikel tersebut.

1) Lubang hitam supermassive di pusat-pusat galaksi ini mungkin masih tidak cukup besar untuk radiasi mereka untuk memanaskan dan menyebarkan gas di rantau pembentukan bintang (ini adalah senario biasa mengikut yang bintang berhenti membentuk dalam galaksi). Pada masa yang sama, tanda-tanda nukleus galaksi aktif didapati di enam galaksi (galaksi ini dikelaskan sebagai Seyfert), yang menunjukkan peningkatan pesat dalam jisim lubang hitam supermasif. Biasanya, semakin tinggi aktiviti nukleus tersebut, semakin rendah kadar pembentukan bintang, tetapi tidak dalam kes kita – dan ini adalah satu lagi ciri-ciri galaksi spiral super terang.

2) Atas sebab tertentu, sejumlah besar hidrogen sejuk pada mulanya terkumpul di cakera galaksi, yang belum lagi berakhir, walaupun kadar pembentukan bintang yang tinggi melebihi berbilion tahun. Tidak ada argumen yang menyokong atau menentang versi ini dalam artikel yang dibincangkan, tetapi pada dasarnya senario itu mungkin.

3) Galaxies sentiasa menarik diri mereka sendiri apa-apa serpihan galaksi (termasuk gas), jadi adalah logik bahawa massa mereka meningkat dengan masa, dan bintang-bintang baru boleh menyalakan menggunakan gas terkumpul baru ini.Walau bagaimanapun, dalam proses pertambahan ke dalam galaksi, gas bertembung dengan halo – lapisan luar galaksi, yang terdiri daripada gas yang sama, habuk, zarah kecil – dan memanaskan, dan gas yang dipanaskan tidak dapat membentuk bintang kerana atomnya bergerak dengan cepat (lihat: Mass Jeans dan proses pembentukan bintang). Perlanggaran ini dipanggil gelombang kejutan pertambahan, dan ia menghalang pembentukan bintang, kerana hanya gas sejuk dapat mengecut ke dalam protostar yang padat di bawah pengaruh graviti. Ini membawa kita ke senario ketiga pembentukan bintang yang berterusan dalam galaksi hebat: jisim halo di dalamnya tidak cukup besar untuk memanaskan gas kejadian.

Jadi bagaimana mereka datang dan apa yang akan berlaku seterusnya?

Bercakap tentang sebab-sebab pembentukan galaksi sedemikian, ahli astrofizik mencatatkan bahawa empat galaksi dari sampel mempunyai ciri-ciri jelas dari perlanggaran baru-baru ini (Rajah 5) – mereka mempunyai sama ada bonjol berganda (penebalan tengah dalam galaksi lingkaran) atau teras ganda (termasuk satu galaksi). sudah ada dua lubang hitam supermasif). Terdapat kurang jelas, tetapi masih cukup alasan berat untuk beberapa galaksi yang baru-baru ini mereka mengalami gangguan dinamik yang kuat,bertembung dengan galaksi yang serupa atau menyerap seorang teman yang kurang besar. Benar, pemodelan mengenakan kekangan yang kuat terhadap perlanggaran ini: untuk memelihara struktur lingkaran, galaksi bertabrakan mesti mempunyai saiz yang sama dan mempunyai momentum sudut yang sama. Malah sedikit pelanggaran syarat-syarat ini membawa kepada pembentukan sebuah galaksi elips.

Rajah. 5 Galaxies, yang baru-baru ini dikatakan mempunyai proses penggabungan. Imej-foto itu diambil dengan teleskop optik 2.5 meter di Observatorium Apache Point sebagai sebahagian daripada tinjauan SDSS. Imej dari artikel dalam perbincangan Jurnal astrofizikal

Mengenai nasib masa depan galaksi sedemikian, saintis boleh mengandaikan bahawa dari masa ke masa, selepas keletihan rizab gas sejuk, mereka boleh berubah menjadi galaksi urutan yang dipanggil cakera pemecahan disk – galaksi yang sangat besar yang tidak menyala bintang baru dan sifat-sifatnya dijelaskan dalam artikel KL Masters et al., 2010. Zoo Galaxy: Spirals Red Passive). Asal mereka juga menimbulkan persoalan: galaksi-galaksi yang telah pupus ini sangat besar sehingga mereka terpaksa menyalakan sekurang-kurangnya 7 jisim surya setahun pada masa lalu, jika tidak seluruh kewujudan Alam semesta tidak akan cukup untuk mendapatkan jisim mereka.Jadi galaksi lingkaran super terang, yang pembentukan bintangnya baik-baik saja, sangat sesuai untuk peranan nenek moyang mereka.

Dalam ara. 6 galaksi cakera punah ini menduduki apa yang disebut "lembah hijau" (lembah hijau) – sebuah keadaan perantaraan antara galaksi aktif dan pasif. Kemungkinan besar, pada masa akan datang mereka akan kehilangan struktur lingkaran mereka selepas interaksi graviti dengan kelompok galaksi lain.

Rajah. 6 Pengagihan galaksi dalam gambarajah jisim warna. Paksi menegak warna galaksi diketepikan (yang lebih rendah, bluer mereka, dan semakin tinggi redder), dan pada paksi mendatar – jisim bintang di galaksi dalam logaritma perpuluhan jisim Matahari (nilai 10.5 bersamaan dengan jisim bintang di galaksi 1010,5 massa matahari). Turun di bawah pada gambar rajah ini adalah galaksi berbentuk bintang muda, di bahagian atas – galaksi merah, "mati". Galaksi spiral hebat yang dirujuk dalam artikel ini jatuh ke dalam bahagian bawah kanan carta. Imej dari blog.galaxyzoo.org

Untuk memahami bagaimana galaksi-galaksi ini terbentuk dan mengapa mereka hidup begitu lama tanpa adanya gangguan luaran yang perlu memecahkan struktur lingkaran,sangat menarik untuk melihat persekitaran mereka: adakah mereka kebanyakannya berada di bahagian terpencil di Universe atau mereka dalam kelompok? Semua ini membawa maklumat tambahan yang berguna kepada ahli astrofizik.

Ternyata sebahagian daripada galaksi spiral luar biasa dimasukkan ke dalam kelompok, mulai dari kumpulan SDSS-CGB 49074 yang sangat sederhana (hanya ada dua peserta) ke CGCG yang besar 122-067, yang merangkumi 302 galaksi. Tujuh daripada galaksi yang ditemui adalah yang paling terang dalam kelompok mereka (Rajah 7). Peserta yang paling terang dalam kluster (Galaxy Cluster Terang) harus dimasukkan ke dalam kelompok dari awal lagi. Maksudnya, ia bukan sahaja perlu menjadi sangat tua, tetapi gas dan habuk mestilah sentiasa bersesuaian, dan ia juga mempunyai kebarangkalian tinggi bertabrakan dengan galaksi yang lebih kecil. Akhirnya, putaran di pusat beratus-ratus galaksi adalah untuk memusnahkan struktur lingkaran atau cakera dengan interaksi pasang surut. Oleh itu, galaksi spiral gergasi yang terdapat dalam kelompok juga merupakan satu cabaran bagi teori pembentukan kluster yang ditubuhkan.

Rajah. 7 Galaksi yang luar biasa dengan diameter 90 kiloparsec, atau 294 ribu tahun cahaya (sedikit ke kanan dan di atas tengah gambar), – yang paling terang dan paling besar dalam kelompoknya.Hampir semua galaksi dalam gambar tergolong dalam kluster ini: dapat dilihat berapa banyak galaksi spiral yang lebih besar daripada masing-masing. Imej optik dari survei SDSS mempunyai dimensi 579 × 579 kiloparsec. Foto dari artikel dalam perbincangan Jurnal astrofizikal

Kesimpulannya, perlu diketahui bahawa penemuan galaksi sedemikian, walaupun penting sekali – jarang astrofizik mendapati kira-kira lima puluh galaksi yang sangat terang, besar dan besar yang dapat dibezakan ke dalam kelas yang berasingan – tetapi juga sangat sesuai dengan gambaran keseluruhan evolusi galaksi, bertindak sebagai pautan hilang dalam teori peralihan galaksi dari spiral ke lenticular. Ia tetap hanya untuk membetulkan teori perkembangan dan evolusi galaksi untuk membina sebuah gambar yang lengkap dan menyeluruh pada masa akan datang, di mana galaksi pelbagai jenis akan mengambil tempat yang betul.

Sumber: Patrick M. Ogle, Lauranne Lanz, Cyril Nader, dan George Helou. Galaksi spiral yang sangat kuat // Jurnal astrofizikal. V. 817. N. 2. Diterbitkan pada 2016 26 Januari (Artikel juga boleh didapati sebagai arXiv.org.)

Marat Musin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: