Astronomia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Astronomia > Galaktyki  
  Tematy
- Historia astronomii
- Narzędzia i metody astronomii
- Astronomia sferyczna i praktyczna
- Badania kosmiczne
- Układ Słoneczny
- Słońce
- Galaktyki
- Typy i klasyfikacja galaktyk
- Promieniowanie galaktyk normalnych
- Powstanie i ewolucja galaktyk
- Ciemna materia w galaktykach
- Galaktyki aktywne
- Radioźródła pozagalaktyczne
- Galaktyki Seyferta
- Kwazary
- Lacertydy
- Aktywne jądra galaktyk
- Rozmieszczenie galaktyk
- Układ Lokalny galaktyk
- Grupy galaktyk
- Supergromada Lokalna
- Gromady galaktyk
- Ciemna materia
- Kosmologia
- Gwiazdozbiory całego roku
- Eseje

  Szukacz




Powstanie i ewolucja galaktyk

Fakt, że przy wielkiej różnorodności szczegółów, zdecydowana większość galaktyk daje się podzielić na kilka dobrze określonych typów ma z pewnością znaczenie dla zrozumienia procesów formowania się i ewolucji galaktyk. Brak jednak w tej chwili pełnej teorii powstawania galaktyk. Do niedawna materiał obserwacyjny był dalece niewystarczający, żeby takie teorie testować. W najbliższych latach można się spodziewać istotnej poprawy. Działający od kilku lat Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST, od ang. Hubble Space Telescope) dostarcza doskonałej jakości zdjęcia odległych galaktyk. Pozwala to już w tej chwili uściślić wiele założeń dotyczących ewolucji galaktyk. Budowane obecnie olbrzymie teleskopy o średnicach ośmiu i więcej metrów również umożliwią prowadzenie obserwacji bardzo słabych, a więc odległych galaktyk.

...powiększenie  >>>
Galaktyka spiralna NGC 4414.
Fot. HST/NASA.

Różnice w obecnym wyglądzie między galaktykami eliptycznymi a spiralnymi odzwierciedlają różne drogi ewolucyjne tych obiektów. Przypuszczamy, że wszystkie galaktyki uformowały się z ogromnych obłoków pierwotnego gazu wypełniającego cały Wszechświat. We wczesnych chwilach istnienia Wszechświata gaz ten był rozmieszczony niemal równomiernie. Wskutek grawitacyjnej niestabilności drobne lokalne fluktuacje stopniowo wzrastały, by ostatecznie doprowadzić do wyłonienia się gęstych obłoków - protogalaktyk - w których doszło następnie do lawinowego tworzenia się gwiazd. Warunki fizyczne (masa obłoku, gęstość, temperatura, moment pędu) miały decydujący wpływ na szczegóły tego procesu. W galaktykach eliptycznych gwiazdy powstały zapewne stosunkowo wcześnie i w krótkim czasie. Formowanie się gwiazd doprowadziło do niemal kompletnego zużycia gazu protogalaktycznego. W efekcie w całej początkowej objętości pojawiły się gwiazdy, a znikła materia rozproszona. Od tej chwili gwiazdy mogły zacząć poruszać się swobodnie, a ich ruchy zostały określone przez początkowe prędkości i położenia oraz - oczywiście - przez wypadkowe pole grawitacyjne układu.

Wydarzenia w galaktykach spiralnych przebiegały nieco inaczej. Jedynie centralna część obłoku zamieniła się w układ gwiazd - powstało tam jądro galaktyki. Znaczna część warstw zewnętrznych stopniowo opadała ku centrum. W tym okresie proces powstawania gwiazd zachodził mało wydajnie i nie doszło do wyczerpania gazu. Obłok wirował i nie mógł wskutek tego silnie skurczyć się w obszarze jądra - materia skupiła się w jednej płaszczyźnie, tworząc przyszły dysk. Duże spłaszczenie galaktyk spiralnych w porównaniu z eliptycznymi wskazuje na to, że różnice w ilości momentu pędu na jednostkę masy odegrały być może decydującą rolę w wyborze drogi ewolucyjnej galaktyki i zdecydowały o jej typie morfologicznym.

Nie jest do końca jasne, co sprawia, że w dyskach galaktycznych niemal zawsze powstają ramiona spiralne. Według teorii fal gęstości ramiona spiralne powstają samorzutnie wskutek oddziaływań grawitacyjnych w dysku; lokalna fluktuacja potencjału grawitacyjnego prowadzi do powstania zagęszczeń obłoków gazu w tych obszarach, a to z kolei - do intensywnego tworzenia się gwiazd. Tłumaczy to w sposób naturalny fakt występowania młodych masywnych gwiazd w ramionach. Alternatywna teoria postuluje sprzężone powstawanie gwiazd: gwiazdy rodzą się chętnie w obszarach, gdzie już wcześniej zachodziły intensywne procesy gwiazdotwórcze, gdyż właśnie tam znajduje się dużo gęstych obłoków, powstałych w wyniku wybuchów gwiazd supernowych poprzedniego pokolenia.

Scenariusze powstawania dwóch podstawowych typów galaktyk E i S wymagają obserwacyjnego potwierdzenia. Można tego dokonać, porównując budowę galaktyk zaawansowanych wiekowo z obiektami młodymi we wczesnych etapach ewolucji. Warto zauważyć, że w naszym otoczeniu obok galaktyk mających 10 miliardów lat i więcej obserwujemy również obiekty, które przechodzą fazę gwałtownego tworzenia gwiazd, czyli zapewne znacznie młodsze. Nie jest jednak jasne, w jakim stopniu silna aktywność gwiazdotwórcza wynika z "zapóźnienia" ewolucyjnego stosunkowo bliskich galaktyk, a w jakim ma inne przyczyny. A zatem dopiero obserwacje galaktyk odległych o wiele miliardów lat świetlnych dostarczą interesujących danych o początkowych fazach życia tych obiektów i będą stanowić podstawę do zrozumienia przemian ewolucyjnych, jakim podlegała w przeszłości cała ich populacja.

...powiększenie  >>>

Z prawej: W wyniku zderzenia dwóch galaktyk w obiekcie po lewej stronie została zdeformowana struktura spiralna, a w pierścieniu okalającym centrum rozpoczął się proces intensywnego powstawania gwiazd. Nie jest jasne, która z dwóch widocznych po prawej stronie galaktyk zderzyła się z galaktyką po lewej. Z lewej: Obszar centralny w zbliżeniu. Cały układ znajduje się około 150 megaparseków (Mpc) od Drogi Mlecznej. Fot. HST/NASA.



...powiększenie  >>>

Zderzenie galaktyki spiralnej (NGC 2207; po lewej) z galaktyką nieregularną (IC 2163; po prawej). Fot. HST/NASA.


Patrząc na coraz dalsze ciała niebieskie, przesuwamy się wstecz w czasie, np. obserwując obiekt znajdujący się w odległości 1000 lat świetlnych, widzimy go takim, jakim był 1000 lat temu. Ponieważ szybkość przemian ewolucyjnych galaktyk mierzy się w miliardach lat, jedynie odpowiednio odległe obiekty mogą dostarczyć interesujących na ten temat informacji. Materiał obserwacyjny w tym zakresie jest wciąż niekompletny i trudno się pokusić o ostateczne konkluzje. Warto jednak zestawić to, co wiemy w tej chwili. Pewne jest, że przynajmniej niektóre duże galaktyki eliptyczne powstały wcześniej niż galaktyki mniej masywne; obserwujemy bowiem galaktyki o przesunięciu ku czerwieni z 1,5, których widma są bardzo podobne do "starych" galaktyk eliptycznych w naszym najbliższym otoczeniu. Zatem już dla z = 1,5 galaktyki te były zaawansowane wiekowo. W naszych dotychczasowych rozważaniach zakładaliśmy, że każda galaktyka rozwija się w izolacji od pozostałych. Okazuje się jednak, że wzajemne oddziaływania galaktyk odgrywają istotną rolę ewolucyjną. Ostatnie obserwacje uzyskane za pomocą HST wskazują, że niektóre galaktyki powstały z mniejszych obiektów.

Dotychczas przypuszczano, że proces łączenia galaktyk - a raczej wchłaniania mniejszych galaktyk przez gigantyczne galaktyki eliptyczne - dotyczy jedynie centralnych obszarów gromad galaktyk i prowadzi do powstania rozległych otoczek galaktyk cD. Jest to jednak zjawisko stosunkowo rzadkie - występuje bowiem mało galaktyk cD. Około 10 miliardów lat temu, gdy odległości między galaktykami były kilkakrotnie mniejsze niż obecnie (wskutek rozszerzania się Wszechświata gęstość przestrzenna galaktyk jest dziś mniejsza niż w odległych epokach kosmologicznych) dochodziło znacznie częściej do kolizji galaktyk. Gromady galaktyk były często ,,zaśmiecone" fragmentami galaktyk rozerwanych oddziaływaniami grawitacyjnymi. Przypuszcza się, że obserwowane na zdjęciach HST liczne obiekty o niewielkich rozmiarach (fragmenty rozerwanych galaktyk lub twory, które wcześniej nie wchodziły w skład galaktyk) zostały ostatecznie użyte jako "materiał budowlany" normalnych galaktyk, które obecnie wypełniają Wszechświat. Zestawiając dostępny w tej chwili materiał obserwacyjny, dochodzimy do wniosku, że proces intensywnego powstawania gwiazd w galaktykach rozpoczął się nie później niż w epoce odpowiadającej z 4, osiągnął maksimum dla z 2 i stopniowo wygasał do naszych czasów. Przy czym już dla z = 3 gęstość przestrzenna (po uwzględnieniu efektów rozszerzania się Wszechświata) jasnych galaktyk była podobna do obecnej.

Andrzej M. Sołtan

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach