Углубляемся
Для самых маленьких важно запомнить, что сейчас Хаббл – наилучший инструмент для подобных подсчетов. Его запустили в 1990 году, но его основное зеркало исказилось
В 1993 году проблему исправили, после чего было проведено еще несколько улучшений. Последняя миссия на телескоп осуществилась в мае 2009 года.
В 1995 году телескоп всматривался в пустой район Большой Медведицы и продолжал наблюдения 10 дней. В результате, в одном кадре проявилось около 3000 слабых галактик с тусклостью как 30-я величина («Полярная звезда» светит на 2-ю величину). Этот составной снимок назвали «Глубокое поле Хаббла», считающийся самым дальним обзором.
После обновления ученые дважды повторили свое исследование. В 2003 и 2004 года появилось Ультраглубокое поле Хаббла (Hubble Ultra Deep Field). Ему удалось в миллионной экспозиции запечатлеть примерно 10000 галактики в небольшом участке созвездия Печь.
В 2012 году также использовали Ультраглубокое поле, чтобы отыскать 5500 галактик в рамках проекта «Экстремальное глубокое поле» (eXtreme Deep Field). Если в целом, то дети должны понять, что Хаббл продемонстрировал около 100 миллиардов галактик. Но телескопы улучшаются, поэтому число может возрасти и до 200 миллиардов.
Что будет, если галактики исчезнут?
- Отсутствие звезд и планет. Галактики содержат множество звезд, а звезды, в свою очередь, создают планеты. Без галактик не существовало бы звезд и планет, и не было бы условий для появления жизни, какую мы знаем.7000
- Отсутствие звездных светил. Звезды излучают свет и тепло, обогревая и освещая космическое пространство. Если галактики исчезли бы, темное и холодное пространство заменило бы свет и тепло звезд.
- Отсутствие гравитационной связи. Галактики взаимодействуют друг с другом гравитационно, формируя крупные структуры, такие как скопления галактик и сверхскопления. Без галактик эти структуры перестали бы существовать, и космос стал бы менее упорядоченным.
- Изменение структуры Вселенной. Галактики играют ключевую роль в структуре Вселенной, формируя галактические филаменты, пустоты и стенки. Отсутствие галактик привело бы к изменению структуры и геометрии Вселенной.
- Отсутствие структурных элементов. Галактики служат “горшками” для создания и распространения химических элементов во Вселенной. Без галактик, процессы создания элементов через ядерные реакции в звездах и смерти звезд не происходили бы.
Что такое Галактика?
Прежде чем мы приступим к решению такого вопроса, как сколько галактик во Вселенной, давайте сначала определим, что такое галактика.
Галактика — это система из пыли, газа, звезд и темной материи, удерживаемых вместе гравитацией.
Слово «галактика» происходит от греческого слова «galaxias», что означает «молочный».
Это отсылка к нашему Млечному Пути — первой известной нам галактике.
По мере расширения наших знаний о Вселенной мы обнаружили, что Млечный Путь не одинок.
На самом деле, это всего лишь один из триллионов.
В прошлом такие галактики, как Галактика Андромеды, назывались «туманностями».
Считалось, что эти туманности были частью Млечного Пути.
К 1920 году это давнее убеждение было оспорено Великими дебатами.
В этом споре обсуждалась природа этих «туманностей» и просторы Вселенной в целом.
В этих дебатах астроном Хибер Кертис (Heber Curtis) назвал эти так называемые туманности «островными вселенными» и что они независимы и отделены от Млечного Пути.
Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) позже подтвердил это утверждение.
Галактики различаются по форме и размеру.
Некоторые из них являются отличными местами для звездообразования.
Большинство галактик имеют сверхмассивные черные дыры в центре.
Есть также галактики, которые взаимодействуют и находятся в процессе столкновения друг с другом.
Типы галактик
Когда дело доходит до размера, те, которые содержат несколько миллионов звезд, называются карликовыми галактиками.
Более крупные с триллионами звезд классифицируются как гигантские галактики.
Галактики также классифицируются по внешнему виду: спиральные, эллиптические и неправильные.
- Спиральные галактики: имеют дискообразную форму с центральными выпуклостями и спиральными рукавами (могут быть обычными спиралями или спиралями с перемычкой);
- Эллиптические галактики: имеют форму от круглой до вытянутой;
- Неправильные галактики: ни спиральной, ни эллиптической формы.
Помимо основных трех типов галактик, существуют и другие классификации.
Это пекулярные галактики, линзовидные галактики и ультрадиффузные галактики.
Вселенная определена
Вселенная или космос — это в основном все.
По данным НАСА, это все материя и энергия в космосе.
Он включает в себя галактики, звезды, планеты, луны, астероиды, кометы и время.
Самое главное, поскольку мы живем на Земле, мы тоже являемся частью Вселенной.
Вселенная также включает в себя вещи, которые мы не можем видеть.
Поскольку мы являемся лишь небольшой его частью, мы еще многого не поняли об этом очень большом месте.
Звезды, планеты, луны и каждый объект, который мы видим, составляют лишь около 5% всей Вселенной.
Остальные 95% до сих пор остаются большой загадкой.
Это невидимое вещество астрономы называют темной материей и темной энергией.
Термин «темный» не имеет ничего общего с цветом этого материала.
Их называют так потому, что они практически невидимы и ученые не могут наблюдать их напрямую.
Какого размера Вселенная?
И все же к вопросу размеров Вселенной мы пока не приблизились ни на йоту. Поэтому переходим к ультимативному средству измерений, основанному на принципе красного сдвига (или красного смещения). Суть красного смещения аналогична принципу работы эффекта Доплера. Вспомните железнодорожный переезд. Никогда не замечали, как звучание гудка поезда изменяется в зависимости от расстояния, усиливаясь при приближении и становясь тише при отдалении?
Свет работает примерно так же. Посмотрите на спектрограмму выше, видите черные линии? Они указывают на границы поглощения цвета химическими элементами, находящимися внутри и вокруг источника света. Чем больше сдвинуты линии к красной части спектра — тем дальше объект находится от нас. На основе подобных спектрограмм ученые также определяют то, насколько быстро объект двигается от нас.
Так мы плавно и подобрались к нашему ответу. Большая часть света, подвергшаяся красному смещению, принадлежит галактикам, возраст которых около 13,8 миллиарда лет.
Что такое Парадокс Ферми?
Звездное небо кажется огромным, но все, что мы видим, является частью нашего небольшого дворика. В лучшем случае, когда поблизости нет населенных пунктов совершенно, мы видим порядка 2500 звезд (то есть одну стомиллионную часть звезд нашей галактики), и почти все они находятся менее чем в 1000 световых годах от нас (1% диаметра Млечного Пути). На самом деле мы видим это:
Млечный Путь и наше Солнце
Сталкиваясь с темой звезд и галактик, люди неизбежно начинают задаваться вопросом, «существует ли там разумная жизнь?». Давайте возьмем немного чисел.
В наблюдаемой вселенной почти столько же галактик, сколько звезд в нашей галактике (100 – 400 миллиардов), поэтому на каждую звезду в Млечном Пути есть своя галактика за его пределами. Все вместе они составляют порядка 10^22 – 10^24 звезд в общей сложности, то есть на каждую песчинку на Земле приходится 10 000 звезд там.
Научное сообщество пока не пришло к общему соглашению о том, какой процент этих звезд представлен солнцеподобными (похожими по размерам, температуре и светимости) — мнения обычно сводятся к 5-20%. Если взять самую консервативную оценку (5%) и нижний предел общего числа звезд (10^22), во Вселенной окажется 500 квинтиллионов, или 500 миллиардов миллиардов солнцеподобных звезд.
Имеет место также спор о том, какой процент из этих солнцеподобных звезд будет обладать землеподобной планетой (планетой земного типа, с похожими температурными условиями, позволяющими существование жидкой воды и потенциальной поддержки жизни). Некоторые говорят, что их может доходить до 50%, но консервативная оценка недавнего исследования PNAS показала, что их будет не больше и не меньше 22%. Это позволяет предположить, что потенциально обитаемые землеподобные планеты вращаются по меньшей мере вокруг 1% общего числа звезд во Вселенной — в общей сложности 100 миллиардов миллиардов землеподобных планет.
Итак, есть сотня планет земного типа на каждую песчинку в нашем мире. Подумайте об этом в следующий раз, когда окажетесь на пляже.
Двигаясь дальше, нам не остается ничего иного, как оставаться в рамках сугубой теоретизации. Давайте представим, что после миллиардов лет существования на 1% планет земного типа развилась жизнь (если это правда, каждая песчинка будет представлять собой одну планету с жизнью). И представьте, что на 1% этих планет жизнь сумела добраться до уровня интеллекта, похожего на земной. Это означало бы, что в наблюдаемой вселенной существует 10 квадриллионов, или 10 миллионов миллионов разумных цивилизаций.
Вернемся к нашей галактике и проделаем тот же фокус с нижним пределом оценки звезд в Млечном Пути (100 миллиардов). Получим миллиард планет земного типа и 100 000 разумных цивилизаций только в нашей галактике.
SETI («поиск внеземного разума») — это организация, которая занимается тем, что пытается услышать сигналы другой разумной жизни. Если мы правы и в нашей галактике 100 000 или больше разумных цивилизаций, и хотя бы часть из них посылает радиоволны или лазерные лучи, пытаясь связаться с другими, SETI должна была поймать эти сигналы хотя бы разок.
Где все?
Это странно. Наше Солнце — относительно молодое по меркам Вселенной. Есть звезды намного старше с планетами земного типа, которые тоже старше, что в теории должно говорить о существовании цивилизаций, которые намного более развитые, чем наша собственная. К примеру, давайте сравним нашу Землю возрастом в 4,54 миллиарда лет с гипотетический планетой X возрастом в 8 миллиардов лет.
Если у планеты X будет похожая на земную история, давайте взглянем, где должна быть ее цивилизация сегодня (оранжевый промежуток покажет, насколько велик зеленый):
Технологии и знания цивилизации, которая старше нашей на тысячу лет, могут шокировать нас так, как наш мир — человека из средневековья. Цивилизация, которая впереди нас на миллион лет, может быть непонятной для нас, как человеческая культура — для шимпанзе. И планета X, допустим, находится на 3,4 миллиарда лет впереди нас.
Сколько же галактик во Вселенной?
Итак, цифры постоянно меняются, как и различные факты, вроде общего количества галактик в космосе. Сколько же существует галактик всего? Наблюдаемая Вселенная охватывает 13.8 миллиардов световых лет во всех направлениях. То есть, наиболее удаленный свет покинул свою точку 13.8 миллиардов лет назад. Но не будем забывать о расширении, которое увеличивает эту дистанцию до 46 миллиардов световых лет. То есть то, что было видимым или ультрафиолетовым излучением в прошлом, сдвинулось в инфракрасное и микроволновое излучение на самой черте доступной Вселенной.
Мы знаем вселенский объем и массу (3.3 х 1054 кг, включая обычную материю и темную). Кроме того, перед нами открыто соотношение между регулярной материей и темной, поэтому можно подсчитать общее количество регулярной массы.
Когда-то астрономы разделили общую массу на число наблюдаемых галактик в Хаббле и насчитали 200 миллиардов.
Сейчас ученые применили новую технику для пересчета. Они использовали фото телескопа Хаббл и заглянули в пустую часть неба, чтобы подсчитать количество галактик. Речь идет об Hubble Deep Fiel, благодаря которому удалось получить невероятно поразительную картину. Можете изучить это изображение Хаббла ниже.
Снимок в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном свете, полученный Hubble Deep Field
Из этой фотографии создали трехмерную карту с отображением размеров и галактического расположения. Для этого использовали знания о ближайших галактиках (например, у Млечного Пути 50 соседей). Узнав, какие из крупных галактик больше, они внесли более мелкие и тусклые, не отобразившиеся на снимке.
То есть, если далекая Вселенная напоминает известную, то галактические структуры также повторяются. Это не говорит о том, что Вселенная намного больше предполагаемой или что в ней больше звезд. Просто она вмещает больше галактик с меньшим количеством звезд. Есть крупные главные галактики, за которыми идут меньшие и так до карликовых.
Карликовая галактика в созвездии Печь – одна из соседей Млечного Пути
Но видимые галактики – это лишь верхушка айсберга. Для каждой запечатленной есть еще 9 более слабых и незаметных. Конечно, пройдет еще совсем немного времени, и мы сможем запечатлеть и их. В 2018 году все ожидают появления мощного телескопа Джеймс Уэбб, чья площадь составляет 25 м2 (у Хаббла – 4.5 м2). Те слабые пятна, которые сейчас нам кажутся звездами, для Джемса Уэбба станут четкими и понятными объектами.
Если галактики повсюду, то почему мы не видим их невооруженным глазом? Все дело в парадоксе Ольберса, описанный в 1700 году. Суть в том, что куда бы вы не посмотрели, всегда попадете на звезду. Значит, пространство должно быть ярким, но оно темное. Как так? Этот же парадокс применяется и к галактикам, которые почему-то вы не видите.
Часть карты галактического распределения, охватывающая 7 миллиардов световых лет. Количество галактических скоплений говорит о том, что здесь в определенное время действовала гравитация и можно проверить, сохранилась ли общая относительность в этих масштабах.
Итак, галактики есть везде. Но они смещены красным цветом от видимого спектра в инфракрасный, поэтому сетчатка их просто не воспринимает. Если же взглянуть на все в микроволнах, то пространство будет светиться.
Согласно подсчетам, во Вселенной в 10 раз больше галактик, чем предполагалась ранее – 2 триллиона. Но не стоит умножать количество звезд или массу, так как эти цифры остались прежними.
Теперь вы знаете, сколько галактик. Но что будет с появлением Джеймса Уэбба? Станет ли галактик больше? Или откроется какая-нибудь новая интересная информация? Вселенная скрывает множество тайн, так что ожидать можно всего.
Ближайшая к нам галактика
Самая большая галактика
Эволюция галактик
Галактический центр
Спиральные галактики
|
Вся информация о Галактиках |
Местная Группа — часть космической паутины
Ближайшее скопление галактик к Местной Группе — это скопление Девы, которое находится от нас на расстоянии около 55 миллионов световых лет. В скоплении Девы насчитывается более 2,000 «островных вселенных». Сравните это с Местной Группой, в которую, согласно подтвержденным данным, входит около 50 галактик, а по неподтвержденным — еще 30. При этом, размер большинства галактик Местной Группы не сопоставим с размером Млечного Пути и Галактики Андромеды. Однако и это еще не все — Местная Группа — лишь малая, периферийная часть сверхскопления галактик, которое в общей сложности насчитывает больше тысячи самых разных галактик. Вместе эти сверхскопления образуют гигантскую но далеко не единственную субструктуру Вселенной. Чувствуете себя маленькими?
Перед вами часть галактик Местной Группы
Как пишет издание Astronomy, большинство галактик, составляющих космическую паутину — сеть сверхскоплений галактик — существуют в небольших группах, которые разбросаны по всему космосу. Исследователи полагают, что галактики Местной Группы возникли более 13 миллиардов лет назад, когда первые скопления вещества разрослись в протогалактики. Спустя миллиард лет после Большого Взрыва, когда сформировались звезды, Местная Группа растянулась на 600 000 световых лет. Дело в том, что будучи близко друг к другу, галактики в то время объединялись чаще. Не исключено, что подобные слияния могли создать Млечный Путь из 100 или более протогалактик.
Спутники Млечного Пути — Большое и Малое Магеллановы Облака — находятся от нас на расстоянии 163 тысяч световых лет. Это карликовые галактики, которые Млечный Путь поглотит в будущем. В этом нет ничего удивительного, так как наша галактика прямо сейчас уничтожает и пожирает сфероидальную карликовую галактику Стрельца. Кроме того, примерно через 4 миллиарда лет Галактика Андромеды и Млечный Путь столкнутся в результате образовав новую, большую галактику, которая в конечном итоге станет гигантской эллиптической галактикой.
Большое и Малое Магеллановы Облака
Учитывая тот факт, что наблюдения астрономов ограничены наблюдаемой Вселенной, изучение галактик Местной Группы и ближайшего к ней скопления Девы позволяет ученым увидеть микромир — своего рода лабораторию или мини Вселенную. Вещество, которое астрономы называют темной материей, составляет 26% от всего вещества во Вселенной, но пока никто не знает, что она из себя представляет. Используя технику, называемую гравитационным линзированием, астрономы изучили ореол Млечного Пути и исключили нескольких предполагаемых кандидатов. Точно так же ученые используют ближайшие галактики, чтобы изучить, где образуются черные дыры. Так или иначе, эволюция галактик и процесс звездообразования, позволяет ученым узнать больше не только о нашей собственной галактике, но и обо всей Вселенной.
Оригинал earth-chronicles.ru
По теме:
Индийский луноход «уснул» и может никогда не проснуться
Имитация Матери-Земли: Создание искусственного углеродного цикла за пределами нашей планеты
Черные дыры: Вселенная внутри Вселенной?
Генерация кислорода на Марсе: Триумф проекта НАСА MOXIE
В эти выходные на небе будет видна комета Нисимура
Исследование влияния невесомости: Экипаж экспедиции 69 проводит биотехнологические исследования на М…
Дни становятся длиннее, поскольку Луна удаляется от Земли
Астрономы открыли экзопланету с беспрецедентной орбитой
В NASA сообщили о приближении к Земле пяти астероидов до 12 сентября
Индийский лунный модуль обнаружил «движение» на Луне: это сейсмическая активность?
Spread the love
Научные исследования галактик
- Исследование черной дыры галактики M87 Event Horizon Telescope (EHT) (дата публикации – апрель 2019 года). EHT – международный проект, в котором участвуют множество астрономов и астрофизиков. В рамках этого проекта была проведена историческая съемка черной дыры в центре галактики M87. Исследователи объединили данные с восьми радиотелескопов по всему миру для создания виртуального телескопа размером с Землю. Это исследование принесло новые знания о поведении и физике черных дыр.
- Исследование спиральных рукавов в галактике Млечный Путь (дата публикации – июнь 2020 года). Группа астрономов из EHT проанализировала данные, полученные от радиотелескопов, и обнаружила детальные структуры спиральных рукавов в галактике Млечный Путь. Это исследование помогло лучше понять структуру нашей родной галактики.
- Исследование многообразия галактик в обзоре Galaxy Zoo (дата публикации – 2008 год). Galaxy Zoo – это проект, в котором участники публики помогали исследователям классифицировать галактики, просматривая изображения из космических обзоров. Благодаря усилиям большого количества добровольцев, исследователи смогли обнаружить разнообразие форм и типов галактик во Вселенной.
Исследование столкновений галактик (несколько исследований в разное время). Множество исследований были посвящены изучению столкновений и взаимодействий галактик. Одним из таких исследований было изучение столкновения галактик “Антенны” (публикация в 2005 году). Ученые исследовали процессы формирования новых звезд и эволюцию галактик в результате их столкновения.
Галактика Центавр A (NGC 5128)
Галактика Центавр A (Centaurus A) Тип: Эллиптическая галактика Созвездие: Центавра
Центавр А – одна из самых близких к нам галактик, расположена на расстоянии 12 млн световых лет
Галактика Центавр А, как видно на фото выше, странная. В оптическом свете NGC 5128 представляет собой огромную эллиптическую галактику, но действительно странная вещь заключается в том, что на более высоких частотах становится видно глубоко скрытую спираль. В настоящее время считается, что спиральный компонент – это остатки спиральной галактики, в прошлом поглощенной более крупной и массивной эллиптической галактикой. Однако, крайне маловероятно, что это взаимодействие оставило бы спираль неповрежденной или даже узнаваемой. На приведенном выше снимке отчетливо видна сохранившаяся спиральная структура NGC 5128.
Эволюция галактик
Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.
С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.
Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.
Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.
Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.
Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики – это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них, «активность».
В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.
Автор статьи: Михаил Карневский, 15.01.2013
Обновлено: Татьяна Сидорова, 14.02.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!
Вопросы от читателей из раздела «Вопрос экспертам»:
- Свет от дальних галактик моложе или старше?
- Что такое разлёт галактик?
- Почему после большого взрыва сразу появились галактики?
- Почему Черная Дыра не засасывает звезды, а заставляет их вращаться вокруг себя?