У ясну ніч можна розкрити смугу Чумацького Шляху на нічному небі. Тисячоліттями астрономи дивилися на це з побоюванням, повільно доходячи до усвідомлення того, що наше Сонце - це лише одна з мільярдів зірок у галактиці. З часом, коли наші інструменти та методи вдосконалювалися, ми зрозуміли, що Чумацький Шлях був лише однією з мільярдів галактик, що складають Всесвіт.
Завдяки відкриттю відносності та швидкості світла ми також зрозуміли, що коли ми дивимось через космос, ми також озираємося назад у часі. Побачивши об’єкт за 1 мільярд світлових років, ми також бачимо, як цей об’єкт виглядав 1 мільярд років тому. Цей ефект "машини часу" дозволив астрономам вивчити, як виникли галактики (тобто галактична еволюція).
Процес, в якому галактики формуються та розвиваються, характеризується стійким зростанням у часі, який розпочався незабаром після Великого вибуху. Цей процес і можлива доля галактик залишаються предметом інтенсивного захоплення і досі загрожують своєю часткою таємниць.
Формування Галактики:
Сучасний науковий консенсус полягає в тому, що вся матерія у Всесвіті була створена приблизно 13,8 мільярдів років тому під час події, відомої як Великий вибух. У цей час вся матерія ущільнювалася в дуже маленький кулю з нескінченною щільністю та інтенсивним теплом, що називається Сингулярністю. Раптом Сингулярність почала розширюватися, і Всесвіт, як ми знаємо, почалася.
Після швидкого розширення і охолодження вся матерія була майже рівномірною в розподілі. Протягом наступних кількох мільярдів років трохи щільніші регіони Всесвіту почали гравітаційно притягуватися один до одного. Тому вони зростали ще щільніше, утворюючи газові хмари та великі скупчення речовини.
Ці скупчення стали споконвічними галактиками, оскільки хмари газоподібного водню в протогалактиках зазнали гравітаційного колапсу, щоб стати першими зірками. Деякі з цих ранніх об'єктів були маленькими і стали крихітними карликовими галактиками, а інші були набагато більшими і набули звичних спіральних форм, як наш власний Чумацький Шлях.
Галактичні злиття:
Сформувавшись, ці галактики еволюціонували разом у більші галактичні структури, що називаються групами, кластерами та надкластерами. З часом галактики притягувались одна до одної силою своєї сили тяжіння і стикалися разом у ряді злиття. Результат цих злиттів залежить від маси галактик при зіткненні.
Малі галактики розриваються на більші галактики і додаються до маси більших галактик. Наш власний Чумацький Шлях нещодавно пожирав декілька карликових галактик, перетворюючи їх на потоки зірок, які обертаються навколо галактичного ядра. Але коли великі галактики подібної величини збираються разом, вони стають гігантськими еліптичними галактиками.
Коли це відбувається, тонка спіральна структура втрачається, і злиті галактики стають великими і еліптичними. Еліптичні галактики - одні з найбільших галактик, що коли-небудь спостерігалися. Іншим наслідком цих злиттів є те, що надмасивні чорні діри (SMBH) у їх центрах стають ще більшими.
Не все злиття призведе до еліптичних галактик, пам’ятайте. Але всі злиття призводять до зміни структури об'єднаних галактик. Наприклад, вважається, що Чумацький Шлях переживає незначну подію злиття з довколишніми Магеллановими Хмарами; і в останні роки було визначено, що карликова галактика Каніс Майор злилася з нашою.
Хоча злиття розглядаються як насильницькі події, не передбачається, що між зірковими системами відбудуться фактичні зіткнення, враховуючи великі відстані між зірками. Однак злиття можуть спричинити гравітаційні ударні хвилі, які здатні викликати утворення нових зірок. Це те, що передбачається, коли наша власна галактика Чумацький Шлях злиється з галактикою Андромеда приблизно за 4 мільярди років.
Галактична смерть:
Зрештою, галактики перестають утворювати зірки, як тільки вони виснажують запас холодного газу та пилу. У міру того, як постачання закінчується, утворення зірок сповільнюється протягом мільярдів років, поки повністю не припиниться. Однак постійні злиття забезпечать відкладення свіжих зірок, газу та пилу в старих галактиках, тим самим продовживши їхнє життя.
В даний час вважається, що наша галактика витрачала більшу частину свого водню, і утворення зірок сповільнюватиметься, поки запас не вичерпається. Такі зірки, як наше Сонце, можуть тривати лише 10 мільярдів років; але найменші, найкрутіші червоні карлики можуть тривати кілька трильйонів років. Однак, завдяки наявності карликових галактик і нашому майбутньому злиття з Андромедою, наша галактика могла б існувати ще довше.
Однак усі галактики, що знаходяться в цій околиці Всесвіту, з часом стануть гравітаційно пов'язаними між собою і зливаються у гігантську еліптичну галактику. Астрономи бачили приклади подібних "викопних галактик", хорошим з яких є Мессьє 49 - надмасивна еліптична галактика.
Ці галактики використали всі свої запаси зір, що утворюють газ, і все, що залишилося, - це довгі зірки. Врешті-решт, через великі проміжки часу, ці зірки будуть підморгувати одна за одною, поки вся справа не буде фоновою температурою Всесвіту.
Після того, як наша галактика зливається з Андромедою і продовжує зливатися з усіма іншими сусідніми галактиками в локальній групі, ми можемо очікувати, що вона теж зазнає подібної долі. Отже, еволюція галактики відбувається протягом мільярдів років, і це буде продовжуватися в осяжному майбутньому.
Ми написали багато статей про галактики для космічного журналу. Ось що таке Чумацький Шлях? Як утворився Чумацький Шлях? Що відбувається, коли галактики стикаються? Що відбувається, коли галактики вмирають?
Якщо вам потрібна додаткова інформація про галактики, перегляньте випуски новин Hubblesite про галактики і ось наукову сторінку НАСА про галактики.
Ми також зафіксували епізод "Астрономічної ролі про галактики" - Епізод 97: Галактики.
Джерела:
- Кафедра астрономії університету Корнелла - становлення та еволюція
- Вікіпедія - утворення та еволюція Галактики
- SKA - Як розвиваються галактики?
