Cosmic Soufflé: Tricky Art of Spiral Galaxies

Špirálová galaxia M51

Tento obrázok z Hubblovho vesmírneho teleskopu ukazuje dramatický pohľad na špirálovú galaxiu M51, prezývanú Galaxia Whirlpool. Pri pohľade na blízke infračervené svetlo bola väčšina hviezdneho svetla odstránená, čo odhaľuje kostrovú prachovú štruktúru Whirlpoolu. Tento nový obrázok je najostrejší pohľad na hustý prach v M51. Úzke dráhy prachu odhalené Hubblom odrážajú pomenovanie galaxie, Whirlpool Galaxy, ako keby sa otáčali smerom k jadru galaxie. (Obrazový kredit: NASA, ESA, M. Regan a B. Whitmore (STScI), R. Chandar (University of Toledo), S. Beckwith (STScI) a tím Hubble Heritage (STScI/AURA))



Paul Sutter je hosťujúcim vedcom v Centre pre kozmológiu a fyziku astročastíc Štátnej univerzity v Ohiu (CCAPP). Sutter je tiež hostiteľom podcastov Spýtajte sa Spacemana a RealSpace a sériu YouTube Priestor vo vašej tvári . Sutter prispel týmto článkom k odborným hlasom agentúry guesswhozoo.com: Op-Ed & Insights.



Neznášam výrobu suflé. Alebo presnejšie povedané, neznášam pokusy o výrobu suflé. Viete, že nadýchané francúzsko-syrové vajíčko? Julia Child a Alton Brown to vyzerajú tak jednoducho, ale je to skutočný diabol, kto to uvarí, aby získal stratosférickú vežu lahodnosti. Ak ho upečiete príliš rýchlo alebo pri príliš horúcej teplote, skončíte s hustou hrudkou bez chuti.

Ako teda varíte? špirálová galaxia ? Ako varíte akúkoľvek galaxiu? Je to celkom jednoduché, skutočne: Vezmite hmlistý oblak plynu a temnej hmoty v ranom vesmíre a ... počkajte. Keď bude mať dostatok času, každá malá hrudka alebo semeno v tomto oblaku pritiahne svojich susedov, čím bude jeho gravitačná sila ešte silnejšia, pritiahne ďalších susedov, bude stále silnejší a pokračuje stovky miliónov rokov, ako vysvetľujem v tomto videu na ako upiecť galaxiu .



To je všetko! Recept na galaxiu je veľmi jednoduchý. Stačí, aby gravitácia robila to, čo robí gravitácia rada, a nejaký čas. Ale aby ste vytvorili špirálovitú galaxiu, musíte veci správne premiešať. Problém je v tom, že v akejkoľvek galaxii pláva len toľko potenciálnych hviezdnych vecí (alias plynových kúskov). Ak naraz narazí do galaxie príliš veľa vecí, všetok dostupný plyn sa rozdrví na hviezdy v jednom veľkom výbuchu. Rýchlo dopredu 13 miliárd rokov a zostane vám hrudkovitá, väčšinou eliptická galaxia plná červených hviezd.

A pokiaľ ide o galaxie, červená znamená mŕtve. Alebo prinajmenšom naozaj, naozaj starý. Eliptické galaxie urobili svoju hviezdnu párty iba raz, keď boli mladí, a spálili svoje dedičstvo v jednom fantastickom šplechnutí. Tieto márnotratné galaxie sa už nikdy nevrátili. Stále okolo nich visia hviezdy, ale sú to malé slniečka-a teda aj dlhoveké-a väčšinou červené. Eliptické galaxie dnes nie sú nič iné ako obrovské, ospalé komunity dôchodcov.

Časti špirálových galaxií sú tiež červené: centrálna vydutina a „svätožiara“ alebo kropenie hviezd, ktoré žijú nad a pod a hlavným plochým diskom galaxie. Samotné špirály sú však žiarivou, žiarivou modrou a pomáhajú astronómom v tom, že hviezdy sú mladé, a párty žije. Aj keď sa špirálová galaxia mohla vytvoriť už dávno, čo vyvolalo intenzívny výbuch tvorby hviezd, čokoľvek sa deje vo vnútri špirál, je to prebiehajúci proces, niečo, čo nespáli príliš veľa alebo príliš málo plynných rezerv galaxie.



To teda znamená, že sa špirály objavia niekedy po zostavení samotnej galaxie, a že čokoľvek ich prinúti, stále ich robia celé veky. Ak by špirály boli len dočasnou vecou, ​​ktorá by bola raz v živote galaktická, astronómovia by dnes sotva videli existenciu takýchto galaxií. Namiesto toho má polovica až dve tretiny všetkých galaxií špirálové ramená. Musí to byť vesmír Julie Childovej, pretože to je veľa perfektne uvarených suflé.

Ak sa pozriete na špirálovitú galaxiu, zdá sa, že ramená sú masívne veterníky. Vyfúknite na galaxiu (dosť tvrdú) a môžete len spôsobiť, že sa galaxia bude otáčať rýchlejšie. Ale galaxie nie sú Frisbees; nie sú to pevné predmety, všetky sú navzájom spojené plastom a lepidlom. To znamená, že vnútorné časti galaxie sa otáčajú rýchlejšie ako vonkajšie časti. Ak by špirálové ramená boli skutočne veci pripevnené k stredu galaxie a otáčajúce sa tak rýchlo ako všetky hviezdy, tieto ruky by boli už dávno pevne zvinuté ako cestoviny na vidličke.

Ak teda špirálové ramená nie sú veci, tak čo to sakra sú? Pri pohľade na špirálovitú galaxiu sa zdá, že všetky hviezdy sú zviazané v centrálnej vydutine a v ramenách, s obrovskými plochami pustatiny všade inde. Hlbšie pozorovania však odhalia, čo ľudské oko nemôže: Disky špirálových galaxií sú plné hviezd. Pozitívne zamorené! Samotné ramená nie sú oveľa hustejšie ako zdanlivo prázdne medzery.



Whirlpool Galaxy je klasická špirálová galaxia. M51, známa tiež ako NGC 5194, je vzdialená iba 30 miliónov svetelných rokov a má celých 60 tisíc svetelných rokov jednu z najjasnejších a najmalebnejších galaxií na oblohe. Tento obrázok je digitálnou kombináciou pozemného obrazu z 0,9-metrového teleskopu Národného observatória Kitt Peak a vesmírneho obrazu z Hubblovho vesmírneho teleskopu, ktorý zvýrazňuje ostré črty, ktoré sú za normálnych okolností príliš červené na to, aby ich bolo možné vidieť.

Whirlpool Galaxy je klasická špirálová galaxia. M51, známa tiež ako NGC 5194, je vzdialená iba 30 miliónov svetelných rokov a má celých 60 tisíc svetelných rokov jednu z najjasnejších a najmalebnejších galaxií na oblohe. Tento obrázok je digitálnou kombináciou pozemného obrazu z 0,9-metrového teleskopu Národného observatória Kitt Peak a vesmírneho obrazu z Hubblovho vesmírneho teleskopu, ktorý zvýrazňuje ostré črty, ktoré sú za normálnych okolností príliš červené na to, aby ich bolo možné vidieť.(Obrazový kredit: NASA/Hubble)

Skutočnosť, že špirálové ramená sú len o niečo hustejšie - ale nie šialene - ako zvyšok disku, je vodítkom. Najlepším obrazom, ktorý astronómovia zatiaľ majú, je to, že špirálové ramená sú v skutočnosti vlny hustoty. Vlnky v galaktickom rybníku.

„Počkaj, počkaj, počkaj,“ môžeš si povedať: „Som človek na svete. Videl som rybníky, kamarát. Majú vlnky, ale tieto vlnky určite nie sú špirály. “

Vezmite vlnky v rybníku a na chvíľu ich zmrazte. Väčšinou vyzerajú ako zväzok sústredných kruhov, pričom menšie sú vo väčších. Predstavte si, že ich roztiahnete, aby boli vlnky skôr elipsy ako kruhy. OK zatiaľ? Dobre. Teraz otočte elipsy tak, aby sa malé elipsy v strede otáčali rýchlejšie ako veľké na okraji. Skôr ako sa spýtate prečo - staviame model galaxie a galaxie nie sú práve kruhové.

Zamyslite sa nad tým dostatočne dlho a prižmúrte oči. Uvidíte, že existujú miesta, kde dlhá strana jednej elipsy prechádza do kratšej strany druhej. To všetko zhlukovanie tvorí vzor. Vytvára sa, počkajte na to, špirála!

To je teda predpokladaný pôvod špirály v galaxii. Nie vlnky v rybníku - s touto analógiou sme skončili - ale vlny hustoty, miesta, kde sú hviezdy a plyn prirodzene hustejšie ako ich okolie. Vlny pochádzajú z rôznych zdrojov, buď drobných porúch („malé“ tu znamená niečo ako supernova) zosilnené do galaktických rozmerov, alebo zvyšných kmitov pri interakcii s menšími galaxiami.

Zhluknuté, točiace sa vlny hustoty matriošky vysvetľujú, prečo sú v prvom rade špirálové prvky, ale tento model nevysvetľuje, prečo sú ruky také výrazné. Iste, ramená môžu byť o niečo hustejšie, než to, čo ich obklopuje, ale nie zďaleka také, ako by ste predpokladali pri pohľade na galaxiu. [Ako sú galaxie klasifikované podľa typu (infografika)]

Tým sa dostávame k časti 2: Extra hviezdy robia špirálové ramená a na oplátku špirálne ramená robia ďalšie hviezdy.

Špirálové ramená sú vodiči, ktorí idú polovičným rýchlostným limitom na diaľniciach galaxie. Rýchlo idúce autá dobehnú spomalený žihadlo, dobehnú všetky ostatné autá, ktoré sa pokúšajú obísť, veľa zatrúbia a potom prejdú. Rušenie s vysokou hustotou si medzitým kráti cestu po ceste, pričom nezabúda a je nepríjemné. (Sledujte ' Špirálové ramená, galaktické dopravné zápchy . ')

Špirálové ramená sa napokon skutočne otáčajú, ale inou rýchlosťou ako hviezdy a plyn. K špirálovitému ramenu sa zachytí oblak plynu, ktorý sa kvôli mierne vyššej hustote stlačí a na druhom konci vyskočí ako hviezda. Na galaktickom okraji sa hviezdy a plyn niekedy pohybujú ešte pomalšie ako vlna hustoty, ale k procesu stále dochádza, keď ich špirála dobehne. Práve to poháňa prebiehajúcu tvorbu hviezd v špirálových galaxiách: Samotné ramená sú továrňami na výrobu hviezd.

Ak ty

Ak ste aktuálnym odborníkom-výskumník, vedúci podniku, autor alebo inovátor-a chceli by ste prispieť upraveným dielom, napíšte nám sem .(Obrazový kredit: guesswhozoo.com)

Vo vnútri ramien sa vyrábajú všetky druhy hviezd: veľké, stredné, malé. Stredné a drobné hviezdy žijú pekným, dlhým a stabilným životom a po násilnej mladosti v špirálovom ramene sa v medzierach presúvajú do pohodlného dôchodku. Veľké hviezdy, žiariace jasne modrou, nikdy neodchádzajú a končia svoj krátky život, skôr ako sa dostanú z náručia svojho narodenia.

Teraz konečne všetky časti skladačky zapadli na svoje miesto. Špirálové ramená sú ilúziou. Takmer ilúzia. Sú určite hustejšie ako zvyšok galaxie, ale nie o veľa. Hviezdy, ktoré žijú v náručí, sú však netypicky modré a svetlé, zatiaľ čo hviezdy s dlhšou životnosťou v medzerách sú červenšie a tmavšie, čo dáva nevedomým očiam ľudí, pozorujúcim viditeľné vlnové dĺžky, dojem obrovských veterníkov na oblohe.

To isté platí pre ostatné vlnové dĺžky: Ultrafialové lúče snímajú aktívne mladé hviezdy a infračervené žiarenie zvýrazňuje prachové oblaky tvoriace hviezdy, ktoré všetky žijú predovšetkým v náručí.

Iba na základe fotografií s dlhou expozíciou vidíme, že medzery medzi špirálami nie sú prázdnym priestorom. Iste, vidíte špirály, ale tiež by ste si mali všimnúť všade inde: Pozrite sa na všetky veci!

Viac sa dozviete počúvaním epizódy ' Ako sa tvoria špirálové galaxie? „v podcaste Ask a Spaceman, ktorý je k dispozícii na iTunes a na webe na adrese http://www.askaspaceman.com . Ďakujem Jayeete Sarkar za otázku, ktorá viedla k tejto epizóde! Položte si vlastnú otázku na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo podľa Pavla @PaulMattSutter a na facebook.com/PaulMattSutter .

Sledujte všetky otázky a diskusie Expertných hlasov - a staňte sa súčasťou diskusie Facebook , Twitter a Google+ . Vyjadrené názory sú názormi autora a nemusia nevyhnutne odrážať názory vydavateľa. Táto verzia článku bola pôvodne uverejnená dňa guesswhozoo.com.