Gli astronomi hanno a che fare con i corpi più grandi, massicci e più distanti che esistono in natura. Pertanto, sono abituati a scale gigantesche e numeri enormi.
È difficile per noi visualizzare le distanze anche per chiudere i corpi celesti. La stella più vicina a noi - il Sole - dista da noi circa 150 milioni di km. Ci vorrebbero circa cinque anni per contare fino a 150 milioni, dicendo ogni secondo per numero. Tuttavia, la distanza dal Sole è trascurabile rispetto alle distanze tra le stelle. La stella più vicina a noi è quasi 260mila volte più lontana del Sole. Ma anche questi numeri con molti zeri devono essere considerati piccoli quando noi stiamo parlando sulle distanze tra giganteschi ammassi di stelle - galassie.
Le galassie sono così lontane da noi che, ad eccezione di alcune molto vicine, non possono essere viste con nessun telescopio. Sono studiati, di regola, con l'aiuto della fotografia astronomica o dei ricevitori elettronici. Le fotografie determinano la luminosità delle galassie, la loro dimensione, forma, struttura, posizione nel cielo. Guarda come sono diverse le galassie (Figura 2-9).
Riso. 1. La parte centrale dell'ammasso di galassie nella costellazione di Ercole (negativo).
In apparenza si possono dividere grosso modo in tre tipi: ellittici (sono visibili come punti luminosi ovali), spirali (mostrano rami a spirale) e irregolari, simili a nuvole informi.
Fig 2. Nebulosa di Andromeda - la galassia a spirale più vicina a noi
Perché le galassie sono così diverse l'una dall'altra? Gli studi hanno dimostrato che la loro forma dipende dalla composizione stellare, dall'età, dall'intensità della formazione delle stelle al loro interno.
I bracci a spirale delle galassie sono costituiti principalmente da stelle giovani e molto luminose e nubi di gas. Le nuvole brillano sotto l'influenza dei raggi ultravioletti emessi da queste stelle.
Fig 3. Galassia a spirale barrata
Dalle nubi di gas, che si restringono lentamente sotto l'influenza delle proprie forze gravitazionali, si formano nuove generazioni di stelle. Ma nella composizione delle galassie a spirale ce ne sono molte di vecchie, non più stelle luminose. Non c'è quasi gas nelle galassie ellittiche, la formazione stellare in esse è terminata da tempo, quindi sono prevalentemente stelle vecchie, che hanno diversi miliardi di anni. Le stelle diventano più rosse con l'età, rendendo le galassie ellittiche più rosse delle galassie a spirale. Le galassie irregolari, d'altra parte, sono spesso molto blu, poiché in esse sono presenti stelle ancora più giovani che in quelle a spirale. Contengono anche più gas interstellare, da cui continua la formazione delle stelle.
Fig 4. Galassia a spirale
Esistono galassie dalle forme molto strane e bizzarre (le cosiddette galassie peculiari), spesso è difficile attribuirle a qualsiasi tipo. Ecco, ad esempio, una galassia (Fig. 8), in cui un corpo ellittico è intrecciato con strisce di materia leggera e vene scure di polvere. Nessuno può ancora spiegare come si siano formati tali dettagli.
Le galassie sono accoppiate e la stretta vicinanza spesso influisce sul loro aspetto; "barre" di stelle si formano tra le galassie, o lunghe "code" luminose si estendono molto lateralmente, spesso sorprendentemente diritte (Fig. 9).
Non è chiaro da quanto tempo si siano formate queste appendici, quale sia la loro natura, perché non cadano sulla galassia. Naturalmente, i campi magnetici che passano attraverso le galassie e il mezzo gassoso circostante svolgono un ruolo importante nel loro aspetto.
L'esistenza di tali galassie dissimili è dovuta al fatto che si sono formate all'interno condizioni diverse. La maggior parte dei ricercatori ritiene che le galassie si siano condensate da enormi nubi di gas, principalmente idrogeno, che un tempo riempivano l'intero spazio mondiale. Queste nuvole - le protogalassie - differivano l'una dall'altra per massa, dimensioni, velocità di rotazione attorno all'asse e forza del campo magnetico interno. Queste caratteristiche fisiche determinano notevolmente quanto velocemente e in quali luoghi la nuvola inizierà a rompersi in nuvole più piccole, formando stelle, il che significa che tipo di galassia avrà.
Gli astronomi hanno imparato a studiare il movimento delle galassie, anche se questo è tutt'altro compito semplice. A causa delle enormi distanze, vediamo tutti i processi cosmici come se rallentati dalle riprese. Anche se osserviamo un'esplosione in una galassia in cui masse di gas si muovono a una velocità di migliaia di chilometri al secondo, i nostri lontani discendenti vedranno la stessa immagine che vediamo noi da migliaia di anni, come se il gas non si fosse mosso.
Il movimento delle galassie si impara esaminando il loro spettro. Lo spettro della galassia si presenta come una stretta striscia luminosa tagliata da linee di assorbimento scure appartenenti a diverse elementi chimici.
Il cosiddetto effetto Doppler è noto da tempo in fisica (vedi p. 14). Misurando le lunghezze d'onda delle righe spettrali nello spettro delle galassie, gli scienziati possono imparare come si muovono le galassie.
Fig 5. Galassia a spirale. La banda scura indica una grande concentrazione di polvere nella galassia
Se ottieni lo spettro delle singole parti della galassia, puoi determinare la velocità di rotazione delle stelle attorno al centro. Si è scoperto che ogni galassia è riuscita a compiere diverse decine di rivoluzioni durante la sua vita. Conoscendo le dimensioni della galassia e la velocità della sua rotazione, non è difficile, affidandosi alla legge gravità, "pesare" la galassia, calcolarne la massa.
Ma prima devi risolvere un altro problema: determinare la distanza dalla galassia. Per questo, vengono utilizzati diversi metodi. È possibile confrontare la luminosità apparente di singole stelle della galassia indagata e le stesse stelle, ma vicine a noi, comprese nella nostra Galassia, le cui distanze sono note. Se le singole stelle sono indistinguibili, si può stimare la distanza dalla luminosità apparente o dalla dimensione apparente della galassia nel suo insieme. Ma questo è un metodo molto approssimativo e, applicandolo, puoi sbagliare più volte.
Fig 6. Galassia ellittica
C'è un modo che permette, dopo aver ricevuto lo spettro di una galassia lontana, di conoscere la distanza in modo molto più accurato. Il fatto è che viviamo in un'era in cui avviene la cosiddetta espansione dell'Universo (vedi l'articolo "L'Universo ieri, oggi e domani"): le galassie si stanno allontanando da noi e l'una dall'altra. È possibile
Riso. 7. Galassia sbagliata - Grande Nube di Magellano.
dimostrare dallo spostamento delle righe di assorbimento dei loro spettri. Maggiore è il redshift, maggiore è il tasso di rimozione. Sia dalla teoria (che, tra l'altro, prevedeva la separazione delle galassie l'una dall'altra prima che le osservazioni lo mostrassero), sia dalle osservazioni astronomiche di galassie lontane, ne consegue che la quantità di spostamento verso il rosso (o la velocità con cui le galassie si allontanano) è proporzionale alle loro distanze. Ad esempio, se una galassia si sta allontanando da noi a una velocità di 2000 km / se l'altra - 6000 km / s, la seconda dovrebbe essere tre volte più lontana della prima.
Gli scienziati hanno scoperto che per calcolare la distanza dalla galassia in megaparsec (1 megaparsec - circa 3 milioni di anni luce), è necessario dividere la velocità in chilometri al secondo per circa cento. Ad esempio, le distanze delle galassie discusse sono 20 e 60 megaparsec.
Riso. 8. Galassia peculiare di forma insolita.
Molti processi che si verificano nelle galassie non sono stati ancora spiegati o compresi.
Fig 9. Galassie interagenti
Molta oscurità è connessa con la formazione di galassie e stelle in esse, con l'origine e la stabilità dei bracci a spirale, con i moti interni di stelle e gas, con l'interazione delle galassie tra loro e con l'ambiente.
Le galassie emettono onde radio
I segnali radio arrivano costantemente sulla Terra dallo spazio, ma sono così deboli che è stato necessario creare dispositivi speciali per rilevarli: radiotelescopi con enormi antenne e potenti amplificatori. La loro sensibilità davvero fantastica permette di catturare con sicurezza le emissioni radio provenienti non solo dalla nostra, ma anche da altre galassie. Per voltare pagina di questo libro, è appena necessario spendere più energia dell'energia delle onde radio ricevute dallo spazio intergalattico da tutti i radiotelescopi del mondo, presi insieme, nell'intera storia dell'esistenza della radioastronomia.
Siamo abituati al fatto che le onde radio sono generalmente prodotte da apparecchiature complesse. Ma si scopre che qualsiasi corpo è una stazione radio naturale. Maggiore è la temperatura del corpo, maggiore è la sua dimensione, più forte è il flusso delle sue onde radio.
I radioastronomi ricevono emissioni radio termiche anche da pianeti lontani e freddi come Urano o Nettuno (vedi l'articolo "Stazioni spaziali e onde radio - sui nostri vicini celesti"). Anche la nostra Terra irradia onde radio, anche se quando la si osserva da altri pianeti, il flusso di onde radio non naturali, ma provenienti da stazioni radio, sarebbe più forte. La fonte "più luminosa" di onde radio nel sistema solare è, ovviamente, il Sole, in particolare parte esterna la sua atmosfera è una corona riscaldata a un milione di gradi. Anche altre stelle irradiano onde radio, ma le loro distanze sono così grandi che non siamo in grado di catturare l'emissione radio nemmeno della stella più vicina (solo di recente sono state trovate alcune stelle insolite la cui emissione radio può essere registrata). Nella nostra galassia ci sono stazioni radio naturali più potenti delle stelle. Ad esempio, le nubi di gas interstellare rarefatto, fortemente riscaldate dalle stelle calde, sono sorgenti di emissione radio termica, che possiamo ricevere anche da una distanza di diverse migliaia di anni luce.
Come hanno dimostrato le osservazioni, le onde radio nascono non solo nelle nubi di gas, ma anche tra di esse. In senso figurato, l'intera Galassia "brilla" nei raggi radio e la sua regione equatoriale è particolarmente luminosa.
Gli studi hanno dimostrato che tale emissione radio non può formarsi né nelle stelle né nel gas interstellare. Deve la sua esistenza ai raggi cosmici - al movimento di particelle cariche molto veloci - elettroni e protoni, le cui innumerevoli quantità si muovono nella nostra Galassia in tutte le direzioni. Molti di loro hanno velocità così elevate che non possono essere ottenute nei più potenti acceleratori di particelle.
Da dove vengono? Come fanno ad accelerare a una velocità quasi uguale alla velocità della luce? Questo è forse domanda principale astrofisica moderna e non è stata ricevuta alcuna risposta definitiva. Gli astrofisici sono sempre più inclini a credere che una parte significativa dei raggi cosmici venga espulsa dai nuclei di alcune galassie, piccole formazioni luminose di natura ancora inspiegabile.
Una parte significativa dei raggi cosmici viene prodotta durante le catastrofiche esplosioni di supernove che si verificano nelle galassie in media una volta ogni cento anni. Un'esplosione di supernova può essere così forte che al momento della massima luminosità, una stella può competere in luminosità con miliardi di stelle ordinarie!
Le esplosioni di supernova non passano inosservate. Migliaia di anni dopo l'esplosione, è possibile osservare una nebulosa gassosa in espansione nel sito della stella esplosa. Sono note circa una dozzina di tali nebulose: tracce di antiche catastrofi. Dall'invenzione del telescopio, nessuno ha visto un'esplosione di supernova nella nostra Galassia, ma le osservazioni dei loro resti mostrano che per centinaia di anni continuano a "produrre" raggi cosmici e servire le stazioni radio più potenti nelle galassie.
Attualmente sono state registrate le emissioni radio di un centinaio di galassie più vicine a noi. Le loro immagini radiofoniche non sono simili tra loro. Per alcuni solo la parte centrale emette onde radio, per altri l'emissione radio proviene da un'area anche più grande della galassia stessa.
Di solito, le galassie spendono decine di milioni di volte meno energia per l'emissione di onde radio che per l'emissione di luce visibile. Ma la situazione cambia quando si verificano esplosioni al centro delle galassie.
Esplosioni al centro delle galassie
Molte centinaia di punti o piccole aree sono state trovate in tutto il cielo da cui arrivano a noi le onde radio. Per scoprire quali corpi li emettono, con l'aiuto di grandi telescopi fotografano la regione del cielo dove viene registrata questa o quella sorgente radio. Inaspettatamente, si è scoperto che al posto di molti di loro ci sono galassie lontane. Si chiamano radiogalassie. Spesso esteriormente non sono diverse dalle normali galassie, le radiogalassie irradiano milioni e decine di milioni di volte più potenti flussi di onde radio. Di norma, le radiogalassie sono ellittiche e hanno una massa molto grande, spesso hanno una sorta di particolarità nell'aspetto, molte di esse sono doppie. Per questo motivo, inizialmente si pensava che le radiogalassie fossero galassie in collisione. Ma ora sono note molte radiogalassie singole. La fonte della loro energia di emissione radio è il nucleo centrale.
La Figura 10 mostra la stessa radiogalassia situata in un grande ammasso di galassie nella costellazione della Vergine.
Riso. 10. Radiogalassia Vergine A. Fotografie scattate con diverse esposizioni.
Riso. 11. Radiogalassia Centaurus A.
La distanza è di circa 30 milioni di anni luce. La foto in basso è stata scattata con un'elevata esposizione, in modo che la parte centrale luminosa della galassia ellittica fosse sovraesposta. Sulla sommità, ottenuta con una minore esposizione, è visibile solo la sua parte centrale. Si vede chiaramente che dal centro emerge un'espulsione irregolare. In una fotografia a colori, sarebbe blu. L'emissione radio ci arriva da un'area piuttosto vasta, comprendente l'intera parte della galassia visibile nella fotografia, ma a lunghezze d'onda brevi, centimetriche, l'"espulsione" dà la parte più significativa dell'emissione radio. Questa radiazione, come si è scoperto, contiene oscillazioni elettromagnetiche di tutte le frequenze: dalle onde radio alla luce visibile.
Un altro esempio è la radiogalassia, che è associata alla radiosorgente Centaurus A. Questa galassia ellittica ha una caratteristica rara: una grande quantità di polvere interstellare sotto forma di un'ampia banda scura (Fig. 11). È interessante notare che l'emissione radio non proviene principalmente dalla galassia stessa, ma da due regioni giganti situate simmetricamente rispetto ad essa, il cui volume è molte decine di volte maggiore del volume della galassia.
Doppia si è rivelata anche la sorgente radio Cygnus A, una delle "più luminose" del cielo. È associato a una radiogalassia binaria, che
situato così lontano che la sua forma è difficile da determinare anche da una fotografia scattata con un telescopio di cinque metri. La sua distanza è di circa mezzo miliardo di anni luce. Cygnus A nella gamma radio emette molte volte più energia rispetto alla luce ordinaria. Radiogalassie così potenti sono rare e possiamo dire che siamo fortunati che un oggetto così unico non si trovi molto più lontano da noi.
L'emissione radio di tali oggetti può anche essere catturata da tali distanze quando la radiogalassia non può più essere fotografata da nessuno strumento. Non sorprende che gli astronomi conoscano molte sorgenti radio che non sono identificate con nessun oggetto.
Le radiogalassie come Centaurus A o Cygnus A emettono enormi nubi di particelle veloci nello spazio circostante, muovendosi casualmente in un campo magnetico ed emettendo onde radio per lungo tempo. Nel tempo, l'intensità della loro emissione radio diminuisce e le radiogalassie diventano indistinguibili dalle galassie ordinarie. Forse alcune galassie ordinarie a un certo stadio di sviluppo possono diventare radiogalassie? C'è motivo di credere che sia la nostra Galassia che la nebulosa Andromeda in passato emettessero onde radio molto più intensamente di adesso.
Al centro delle radiogalassie, nei loro nuclei, ci sono processi esplosivi attivi in cui viene rilasciata energia colossale. Un milione di stelle come il Sole messe insieme nella loro interezza lunga vita non emetteranno sotto forma di luce nemmeno l'uno per cento dell'energia che viene rilasciata durante l'esplosione del nucleo di una normale radiogalassia. Perché c'è un'esplosione? Dov'era l'energia rilasciata prima dell'esplosione? Queste domande rimangono finora senza risposta. Si presumeva che la causa dell'esplosione fosse la posizione ravvicinata delle stelle vicino al centro della galassia. E lo scoppio di una supernova può portare a un'esplosione un largo numero stelle. Ma si è scoperto che, molto probabilmente, il nucleo della galassia stessa esplode.
Cosa lo porta fuori da uno stato stazionario? Possibilmente gas interstellare e intergalattico che si depositano al centro della galassia. Non è un caso che le radiogalassie abbiano una grande massa e creino intorno a loro un campo gravitazionale relativamente forte. Nelle galassie normali anche gas e raggi cosmici vengono espulsi dai nuclei, ma in piccole quantità. Nelle radiogalassie, l'attività del nucleo è incomparabilmente più alta. Come mai? Questo diventerà chiaro man mano che impareremo di più sui nuclei delle galassie.
Il più grande evento di astronomia per l'anno scorso- questa è probabilmente la scoperta di una classe di oggetti extragalattici precedentemente sconosciuta: i quasar.
Nel 1963 si è riscontrato che la posizione di alcune radiosorgenti di dimensioni angolari molto piccole coincide con la posizione di singole stelle deboli. Ma è noto che le stelle ordinarie sono sorgenti radio a potenza troppo bassa perché la loro emissione radio possa essere rilevata. Pertanto, gli oggetti aperti hanno immediatamente attirato l'attenzione. Si è scoperto inaspettatamente che lo spettro di queste stelle radio contiene molte righe di emissione luminose (in contrasto con le righe di assorbimento scure tipiche delle stelle normali), che non possono essere decifrate: non era chiaro a quali elementi chimici appartenessero le righe spettrali. Questa è probabilmente la prima volta che gli astronomi incontrano una situazione del genere. Infine, l'astronomo olandese M. Schmidt, che lavora negli Stati Uniti, ha trovato la chiave per svelare lo strano spettro. Si è scoperto che le righe spettrali appartengono a noti elementi chimici, solo queste righe sono fortemente spostate verso la parte rossa dello spettro, hanno un grande spostamento verso il rosso.
Il valore di spostamento verso il rosso è solitamente chiamato un numero che mostra come la variazione della lunghezza d'onda di qualsiasi linea nello spettro sia correlata alla lunghezza d'onda originale di questa linea. Questo numero è solitamente molto inferiore a uno. Per le stelle della nostra Galassia, non è superiore a 0,001 e per la maggior parte delle galassie studiate è 0,003-0,1. Le galassie più lontane che possono essere esplorate con i telescopi più grandi hanno uno spostamento verso il rosso di 0,2-0,5. Gli spostamenti verso il rosso delle due stelle radio più luminose si sono rivelati vicini agli spostamenti verso il rosso delle galassie lontane -0,16 e 0,37.
Ciò suggerisce che se il loro spostamento verso il rosso, come quello delle galassie, è causato dall'espansione dell'Universo, gli oggetti rilevati sono molto lontani. Non sembrano galassie. Questi oggetti sembrano piccoli punti, come stelle, che differiscono nell'aspetto dalla maggior parte di essi tranne colore blu(le loro posizioni sono contrassegnate da trattini nelle figure). Sono chiamate sorgenti radio quasi stellari (cioè simili a stelle), o quasar in breve.
Poiché i quasar sono visibili da enormi distanze, devono emettere centinaia di volte più luce delle normali galassie e la loro emissione radio è all'incirca la stessa potenza di quella delle più potenti radiogalassie.
Il quasar più vicino (noto come 3 C 273) dista circa 1,5 miliardi di anni luce, eppure può essere osservato anche con un piccolo telescopio che può vedere solo poche galassie vicine. Vicino a questo quasar nelle fotografie, una piccola nuvola allungata è notevolmente diretta verso di esso, che ricorda molto un'espulsione dal nucleo della radiogalassia Vergine A. È anche una fonte di emissione radio. Gli stessi quasar, per molti versi, sono molto simili ai nuclei delle galassie che sono in uno stato eccitato, espellendo gas e particelle veloci.
Si va così a tentare un filo che collega quasar con oggetti a noi già familiari. È possibile che i quasar siano i nuclei delle galassie che brillano troppo debolmente per poterli vedere.
Riso. 12. Fotografie di quasar sullo sfondo di stelle ordinarie (contrassegnate da trattini).
La dimensione dei quasar è sorprendentemente piccola (ovviamente su scala galattica) e il fatto che alcuni di essi cambino la loro luminosità abbastanza rapidamente e casualmente ne è la prova. Ad esempio, la luminosità del quasar 3 C 273 a volte cambia notevolmente nell'arco di diverse settimane o addirittura giorni. Da ciò ne consegue la conclusione che la sua dimensione non può superare diversi giorni luce, altrimenti nel suo insieme, come un singolo oggetto, non potrebbe cambiare la sua luminosità così rapidamente. Questo ragionamento può applicarsi non all'intero quasar, ma a quelle delle sue regioni che danno il contributo principale alla radiazione.
L'esistenza di una piccola ma molto massiccia palla di gas, che, secondo alcune fonti, è il nucleo di un quasar, non è così facile da spiegare. Si può provare rigorosamente che una normale sfera gassosa con una massa anche di diverse centinaia di masse solari comincerà inevitabilmente a rimpicciolirsi in modo incontrollabile e rapido sotto l'influenza della propria gravità fino a raggiungere una dimensione tale da cessare ogni emissione di luce; ci sarà, come si suol dire, un collasso gravitazionale. Ma i quasar esistono, e per molto tempo, probabilmente più di cento anni. È stato possibile trovare fotografie del cielo scattate nel secolo scorso, dove il quasar 3 C 273 è stato catturato tra le stelle; la sua luminosità non è cambiata in modo significativo da allora. Gli esperti ritengono che la ragione
la stabilità di un quasar va ricercata nella sua rapida rotazione o nei violenti moti caotici della sua materia. Fino a quando tali movimenti non si placheranno (e ciò richiede molto tempo), il quasar non inizierà la sua contrazione catastroficamente veloce.
Ci sono anche altre ipotesi. Alcuni ricercatori ritengono, ad esempio, che sebbene i quasar si trovino al di fuori della nostra Galassia, la loro distanza sia molte volte inferiore a quella che deriva dal redshift. In altre parole, il loro spostamento verso il rosso è principalmente causato non dall'espansione dell'Universo, come nelle galassie, ma da altri motivi. In questo caso, la massa e la luminosità dei quasar potrebbero non essere molto grandi. Ad esempio, i quasar possono essere piccoli grumi di gas che volano a velocità prossime a quelle della luce che una volta venivano espulsi dalla nostra o da qualche galassia vicina.
Si può presumere un'altra cosa: i quasar non hanno velocità molto elevate e il redshift è causato dal movimento della luce in un forte campo gravitazionale. Il redshift si verifica perché i raggi di luce, che fuoriescono da un forte campo gravitazionale creato da corpi molto densi, perdono parte della loro energia e, quindi, aumentano la loro lunghezza d'onda. Tuttavia, le ipotesi basate su questi presupposti non possono ancora spiegare la totalità dei dati conosciuti e, forse, rendere ancora più incomprensibile la natura dei quasar. Pertanto, la maggior parte degli scienziati continua a considerare i quasar come gli oggetti più distanti.
Oggi si conoscono più di cento quasar. I più distanti hanno uno spostamento verso il rosso così grande che i raggi ultravioletti invisibili emessi dal quasar diventano visibili, cadono nella parte visibile dello spettro.
La ricerca dei quasar ha portato alla scoperta di oggetti correlati. Nelle fotografie sono anche quasi indistinguibili dalle stelle, hanno un colore blu e le righe spettrali spostate sul rosso. Ma, a differenza dei quasar, non emettono quasi nessuna onde radio, il che li rende molto difficili da rilevare. Gli oggetti scoperti sono chiamati galassie quasi-stellari (abbreviate in k v a z a g i). Finora non sono stati trovati, ma ciò è dovuto solo alle difficoltà di rilevamento: alcune stelle nella nostra Galassia sono blu come quasar o quasar, e solo analisi spettrale può mostrare se si tratta di una stella o di un oggetto extragalattico. Nell'universo, i quasag sono ancora più comuni dei quasar. Molto probabilmente, quasar e quasar sono gli stessi oggetti, solo in diversi stadi di sviluppo.
Prima di comprendere la natura di questi oggetti distanti, gli scienziati hanno iniziato a utilizzare le loro osservazioni per risolvere una serie di problemi. Ad esempio, i raggi di luce emessi da quasar e quasar percorrono grandi distanze tra le galassie attraverso gas molto rarefatti. Un'analisi della luce ricevuta può aiutare a chiarire la densità del gas nello spazio intergalattico. Ma è particolarmente interessante che i raggi che ci arrivano da questi oggetti siano, per così dire, messaggeri di un lontano passato: dopotutto, più l'oggetto è lontano, maggiore è il suo spostamento verso il rosso, prima è stata emessa la luce che riceviamo oggi. Vediamo questi corpi lontani come erano miliardi di anni fa, ma ormai sono indubbiamente cambiati in modo irriconoscibile. Osservando oggetti distanti, sembriamo guardare nel passato dell'universo. Data l'opportunità di scoprire come l'Universo si è espanso miliardi di anni fa, gli scienziati studiano quali proprietà ha lo spazio intorno a noi e come queste proprietà cambiano nel tempo. Le osservazioni portano alla conclusione, ad esempio, che miliardi di anni fa i quasar si incontravano nell'Universo molte volte più spesso di quanto non lo siano ora.
Anche in tempi relativamente recenti, si è scoperto un dettaglio molto curioso: esistono diversi quasar (si trovano in diverse regioni del cielo), in cui, insieme alle righe di emissione della luce, sono presenti nello spettro delle righe di assorbimento scuro. Lo spostamento verso il rosso delle linee di emissione per tutti questi quasar è diverso, ma lo spostamento delle linee di assorbimento è quasi lo stesso: è circa 2,0! E anche il numero di quasar con un tale spostamento nelle linee di emissione si è rivelato sospettosamente grande. Alcuni credono che una tale coincidenza sia causata da alcune caratteristiche espansione dell'universo, altri vedono questo come una conferma che il redshift dei quasar è il risultato delle loro proprietà intrinseche.
Già ora puoi scaricare le nuove versioni dell'esame 2016. Questo materiale è essenziale per una preparazione fruttuosa e di alta qualità per questo esame.
Lo studio di quasar e quazag sta procedendo a ritmi serrati. Ci aiuta a sapere come l'universo cambia gradualmente il suo aspetto. C'è stato un tempo in cui né le stelle, né le galassie, né i quasar esistevano affatto, e la materia era in altre, forse anche in forme sconosciute ora. Ma la natura è sempre stata e rimarrà conoscibile, e lo studio delle galassie, che contengono quasi tutta la materia densa dell'Universo, e di misteriosi oggetti quasi stellari - quasar e quazag - ci aiuta a capire come funziona l'Universo e come si sviluppa.
AV Bullone
È consentito pubblicare foto e citare articoli dal nostro sito su altre risorse a condizione che venga fornito un collegamento alla fonte e alle foto.
La galassia z8_GND_5296 (visibile nel riquadro) è la prima galassia per la quale gli astronomi hanno misurato accuratamente la distanza. Si è formato circa 700 milioni di anni dopo e sta formando stelle a un ritmo incredibilmente veloce. Credito: V.Tilvi(Texas A&M), S. Finkelstein(UT Austin), CANDELS e team HST/NASA.
"La galassia più lontana è già visibile!" Non l'abbiamo mai sentita prima? (Vedi per esempio). Se è vero che gli astronomi si stanno spostando sempre più indietro nel tempo con strumenti migliori, ci sono problemi fondamentali sia nell'osservazione che nella misurazione delle distanze delle prime galassie nello spazio.
Ecco perché questa nuova osservazione di una galassia che si è formata circa 700 milioni di anni dopo il Big Bang è importante. Sebbene molte delle galassie che si formarono in quell'era siano state identificate, gli astronomi hanno misurato solo le distanze esatte di cinque di esse. Questa galassia è la sesta ed è la più distante del gruppo. Forse ancora più importante della misurazione della distanza, i ricercatori hanno stabilito che questa galassia sta dando alla luce nuove stelle a una velocità 100 volte più veloce di quella attuale. Ciò indica che le prime galassie potrebbero essere state più aggressive di quanto si pensasse in precedenza.
Nuovo articolo pubblicato sulla rivista Natura (avviso di paywall), descrive una misurazione di una galassia scoperta dal Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), che utilizza uno spettrografo a infrarossi sul telescopio Keck alle Hawaii. A causa di questa grande distanza, non vede questa galassia nelle gamme ottiche, ma è la sorgente più luminosa in raggio infrarosso, sia per Hubble che per . Redshift, se ricordi, è una misura di quanto velocemente una galassia sembra allontanarsi da noi mentre l'universo si espande; più alto è lo spostamento verso il rosso, più la galassia è lontana - e quindi più indietro nel tempo ha emesso la luce che vediamo. Man mano che l'universo cresce, allunga proporzionalmente la lunghezza d'onda della luce. In tal caso, la luce ottica (visibile) o addirittura l'emissione ultravioletta, comune nelle stelle, viene spostata verso il rosso nella parte infrarossa dello spettro.
In questo caso, gli astronomi hanno misurato lo spostamento verso il rosso della galassia z8_GND_5296 (per te è un nome indimenticabile) a 7,51, il che significa che si trova a circa 13 miliardi di anni luce di distanza. Hanno determinato questo numero misurando l'emissione di Lyman alfa (Ly α) dall'idrogeno gassoso, che è il più comune e difficile da misurare a distanze così grandi. La luce Ly α dell'idrogeno gassoso nella nostra posizione è di circa 11 nanometri, esattamente nella parte ultravioletta dello spettro, ma l'emissione corrispondente da z8_GND_5296 è di circa 1034 nanometri, che si trova nella parte infrarossa dello spettro. (Per ottenere il redshift, dividere Di più less e sottrai 1. Sfortunatamente, la relazione tra redshift e distanza non è così semplice).
Tuttavia, non tutte le galassie a distanze comparabili hanno emissioni di Ly α misurabili: qualcosa sembra impedire alla maggior parte di quella luce di raggiungerci. idea principaleè un gas intergalattico neutro che disperde la luce, ma ci sono anche diverse galassie osservabili che supportano questa ipotesi. Di conseguenza, sebbene ci siano dozzine di galassie con spostamenti verso il rosso maggiori di 7 (determinati non dallo spettro, ma dal colore apparente della galassia), per la maggior parte non è possibile ricontrollare gli spostamenti verso il rosso. Questo articolo riporta 43 galassie, ma solo una di quell'esempio aveva emissioni di Ly α misurabili.
Più interessante, la galassia z8_GND_5296 è relativamente ricca di "metalli": elementi più pesanti dell'elio. Poiché questi elementi sono prodotti dalle stelle e non dal Big Bang, questo indica un molto veloce anche con il tempo che questa galassia ha emesso la luce che osserviamo.
A sostegno di tale affermazione, gli autori del presente studio hanno scoperto che z8_GND_5296 e una galassia simile, denominata GN 108036, hanno molto alte velocità formazione stellare, convertendo la massa equivalente di 330 in nuove stelle. È più di 100 volte il tasso di formazione stellare nella Via Lattea e paragonabile ad alcune delle galassie di formazione stellare più estreme. In precedenza si pensava che fossero rari, quindi gli astronomi potrebbero dover ripensare alle loro stime sulla velocità con cui sono state create nuove stelle nelle prime galassie.
Indipendentemente da ciò, sarà interessante vedere come sono le altre prime galassie man mano che le nostre osservazioni miglioreranno. Senza questo, non sapremo se z8_GND_5296 è una rarità nella nostra formazione stellare estrema, o capire perché è relativamente luminoso nelle emissioni di Ly α mentre i suoi "fratelli" non lo sono. E forse troveremo una discrepanza temporale tra l'era senza galassie e le primissime galassie formate.
Le galassie sono sistemi di stelle, gas interstellare, polvere e materia oscura legati gravitazionalmente. Il diametro delle galassie varia da 5 a 250 kiloparsec. È molto.
Ad esempio, il diametro della nostra Galassia è di 30 kiloparsec: la luce da uno dei suoi bordi all'altro volerà fino a 100 mila anni. Ha anche almeno 200 miliardi di stelle...
1. Galassia a spirale barrata NGC 4639 nella costellazione della Vergine. Si trova a una distanza di oltre 70 milioni di anni luce dalla Terra. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
2. La Nebulosa Velo è un residuo di supernova enorme e relativamente debole. La stella esplose circa 5000-8000 anni fa, durante i quali la nebulosa copriva un'area di 3 gradi nel cielo. La distanza è stimata in 1.400 anni luce. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
3. Più di un quinto dell'universo è nascosto alla nostra vista dalla polvere e dalle stelle del disco della nostra galassia. Molte galassie si trovano nella "zona di evitamento", in una regione dello spazio solitamente inaccessibile ai telescopi. Ecco come potrebbero apparire, secondo l'immaginazione degli artisti. (Foto di Reuters | ICRAR):
4. Centaurus A è una delle galassie vicine più luminose e vicine a noi, solo 12 milioni di anni luce ci separano. In termini di luminosità, la galassia è al quinto posto (dopo le Nubi di Magellano, la Nebulosa di Andromeda e la Galassia del Triangolo). (Foto di Reuters | NASA):
5. Galassia a spirale barrata M83, nota anche come Girandola del Sud. Si trova a una distanza di circa 15 milioni di anni luce da noi. Nel 2014 gli astronomi hanno scoperto MQ1, che di per sé è leggero, ma assorbe la materia circostante con grande intensità. (Foto di Reuters | NASA):
6. Galaxy M 106 nella costellazione Canes Hounds. Al centro c'è un buco nero supermassiccio con una massa di 36 milioni di masse solari entro 40.000 unità astronomiche. (Foto di Reuters | NASA):
7. Parte della Nebulosa Tarantola, situata nella Grande Nube di Magellano. Le enormi stelle della nebulosa sono fonti potenti radiazione che fa esplodere bolle giganti di gas e polvere interstellari. Alcune delle stelle sono esplose in supernove, facendo illuminare le bolle dai raggi X. (Foto di Reuters | NASA):
8. Galassia a spirale barrata NGC 1433 nella costellazione dell'orologio, situata a una distanza di circa 32 milioni di anni luce dalla Terra. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
9. Galassia NGC 1566, situata a una distanza di circa 40 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione del Dorado. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
10. Raggi X di una giovane supernova nella galassia M83. (Foto di Reuters | NASA):
12. Galassia a spirale barrata NGC 4945 nella costellazione del Centauro. È abbastanza simile alla nostra Galassia, ma le osservazioni ai raggi X mostrano la presenza di un nucleo di Seyfert, probabilmente contenente un supermassiccio attivo buco nero. (Foto di Reuters | NASA):
13. z8 GND 5296 è una galassia scoperta nell'ottobre 2013 nella costellazione dell'Orsa Maggiore. Secondo stime preliminari, la luce di questa galassia raggiunge la Terra in circa 13 miliardi di anni. Questa non è una fotografia, ma un'immagine artistica. (Foto di Reuters | NASA | Hubble):
14. La Nebulosa Riflesso Testa di Strega (IC 2118) nella costellazione dell'Eridano. Questa particolarissima nebulosa a riflessione è associata alla brillante stella Rigel nella costellazione di Orione. La nebulosa si trova a una distanza di circa 1000 anni luce dal Sole. (Foto di Reuters | NASA):
15. Galassia del girasole nella costellazione Canis Hounds. Si trova a una distanza di 27 milioni di anni luce. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
16. Il nucleo della galassia a spirale M 61 nella costellazione della Vergine. E a soli 100.000 anni luce di distanza. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
17. Galassia a spirale Fuochi d'artificio NGC 6946 con un ponticello, che si trova a una distanza di 22 milioni di anni luce nella costellazione del Cigno, al confine con Cefeo. (Foto di Reuters | NASA):
18. Una nuvola di gas caldo, con una temperatura di molti milioni di gradi. È apparso, molto probabilmente, a seguito di una collisione tra una galassia nana e la galassia molto più grande NGC 1232, situata nella costellazione dell'Eridano. (Foto di Reuters | NASA):
19. Galassia NGC 524 nella costellazione dei Pesci. La nostra luce volerà lì per 90 milioni di anni. (Foto di Reuters | NASA | ESA | Hubble):
20. Nebulosa del granchio - una nebulosa gassosa nella costellazione del Toro, che è il residuo di una supernova. Situata a una distanza di circa 6.500 anni luce (2 kpc) dalla Terra, la nebulosa ha un diametro di 11 anni luce (3,4 pc) e si espande a una velocità di circa 1.500 chilometri al secondo. Al centro della nebulosa c'è una pulsar (stella di neutroni), di 28-30 km di diametro. (Foto di Reuters | NASA | ESA):
Nel 2009, il telescopio spaziale Hubble, che è in orbita attorno alla Terra dal 1990, ha acquisito immagini visibili delle galassie più lontane e antiche che gli scienziati abbiano mai osservato dalla Terra. Per visualizzare galassie così lontane e, di conseguenza, deboli (la loro luminosità è un milionesimo della luminosità di un oggetto che può essere distinto dall'occhio umano nudo), gli scienziati hanno raccolto luce dalla stessa regione del cielo per circa quattro giorni.
Diverse galassie fotografate in questo modo si sono dimostrate candidate per galassie di reionizzazione.
Ricordiamo brevemente che la reionizzazione è avvenuta dopo la comparsa delle prime sorgenti di radiazioni nell'Universo primordiale, che hanno fatto esplodere una specie di "bolle ionizzate" nel gas neutro che le circondava, fino a quando tutte queste bolle si sono fuse insieme e tutto lo spazio intergalattico è stato nuovamente ionizzato.
Questo stato del mezzo intergalattico persiste fino a oggi, perché per molti miliardi di anni le galassie brillano continuamente.
Una di queste galassie, UDFy-38135539, che si è "illuminata" circa 600 milioni di anni dopo la nascita dell'universo, è stata scoperta dal telescopio Hubble nel 2009. Per confermare questa scoperta, è stato necessario effettuare osservazioni spettroscopiche di alta qualità per determinare il redshift z da esse. Ricordiamo che questo parametro in astronomia caratterizza la distanza da oggetti distanti: z mostra la variazione della lunghezza d'onda della radiazione dell'oggetto come risultato dell'espansione dell'Universo.
Calcoli teorici eseguiti dal personale dell'Osservatorio Europeo Australe (ESO) hanno mostrato che con l'aiuto di uno dei più grandi telescopi terrestri (situato in Cile, il VLT dell'ESO), dello spettrografo infrarosso SINFONI e con una grande quantità di tempo di osservazione, è possibile fissare il bagliore di questa lontana galassia e determinarne il redshift. Su richiesta speciale, a un gruppo di scienziati è stato assegnato del tempo sul telescopio per osservare UDFy-38135539.
Dopo due mesi di lavoro sul telescopio, un'attenta analisi e verifica dei risultati, gli scienziati sono giunti alla conclusione di aver rilevato molto chiaramente la debole emissione di questa galassia nella linea dell'idrogeno. Lo spostamento verso il rosso dell'oggetto è risultato essere 8,6, che corrisponde a un punto temporale di 600 milioni di anni dopo il Big Bang.
Quindi, al momento, questa galassia è l'oggetto astronomico più distante che sia mai stato osservato dalle persone.
Prima di questo, la galassia più distante era IOK-1 dalla costellazione Coma Berenices, che aveva uno spostamento verso il rosso di 6,96. L'oggetto più distante era il burst di raggi gamma GRB 090423 (la costellazione del Leone) con z = 8,2.
Più volte gli astronomi hanno già registrato oggetti con uno spostamento verso il rosso di circa dieci. Ma per tutto il tempo questi dati non hanno resistito a ulteriori verifiche osservazionali. Ora l'errore è praticamente escluso: è stato ottenuto uno spettro di altissima qualità della galassia UDFy-38135539.
"Misurare lo spostamento verso il rosso delle galassie più lontane è di per sé molto interessante, ma le implicazioni astrofisiche di ciò sono ancora più importanti", afferma Nicole Neswedba, coautrice dell'articolo pubblicato su Nature. "Ora sappiamo per certo di aver visto una delle galassie, che stava appena iniziando a emergere dalla nebbia che riempiva l'Universo primordiale".
"Probabilmente c'erano altre galassie, più deboli e meno massicce, che hanno anche contribuito a rendere trasparente lo spazio intorno alla galassia osservata", afferma un altro autore del lavoro, Mark Swinbank. "Senza questo aiuto extra, non saremmo stati in grado di localizzare il nostro oggetto."
Gli scienziati notano anche che lo studio dell'era della reionizzazione, quando le galassie hanno iniziato a formarsi, ci consente di dimostrare le attuali capacità dei telescopi.
L'universo è enorme e affascinante. È difficile immaginare quanto sia piccola la Terra rispetto all'abisso dello spazio. Secondo le ipotesi più caute degli astronomi, ci sono 100 miliardi di galassie e la Via Lattea è solo una di queste. Per quanto riguarda la Terra, solo nella Via Lattea ci sono 17 miliardi di pianeti simili... senza contare gli altri che sono radicalmente diversi dal nostro pianeta. E tra le galassie che oggi sono diventate note agli scienziati, ce ne sono di molto insolite.
Messier 82 o semplicemente M82 è una galassia cinque volte più luminosa della Via Lattea. Ciò è dovuto al processo molto rapido di nascita di giovani stelle al suo interno: appaiono 10 volte più spesso che nella nostra galassia. I pennacchi rossi che emanano dal centro della galassia sono idrogeno incandescente espulso dal centro di M82.
2. Galassia del girasole
Formalmente conosciuta come Messier 63, questa galassia è stata soprannominata il Girasole perché sembra uscita da un dipinto di Vincent van Gogh. I suoi "petali" luminosi e sinuosi sono costituiti da stelle giganti bianco-blu di nuova formazione.
MACS J0717 è una delle galassie più strane conosciute dagli scienziati. Tecnicamente, questo non è un singolo oggetto stellare, ma un ammasso di galassie: il MACS J0717 si è formato quando altre quattro galassie si sono scontrate. Inoltre, il processo di collisione va avanti da oltre 13 milioni di anni.
Se Babbo Natale avesse una galassia preferita, sarebbe chiaramente Messier 74. Viene spesso ricordata dagli astronomi durante le vacanze di Natale, perché la galassia è molto simile alla ghirlanda di Natale.
Situata a circa 12,2 miliardi di anni luce dalla Terra, la galassia del baby boom è stata scoperta nel 2008. Ha ottenuto il suo soprannome a causa del fatto che nuove stelle nascono in lei incredibilmente rapidamente, circa ogni 2 ore. Ad esempio, nella Via Lattea nuova stella compare in media ogni 36 giorni.
La nostra Via Lattea (che contiene sistema solare, e, di conseguenza, la Terra) è davvero una delle galassie più straordinarie conosciute dagli scienziati nell'Universo. Contiene almeno 100 miliardi di pianeti e circa 200-400 miliardi di stelle, alcune delle quali sono tra le più antiche dell'universo conosciuto.
Grazie all'ammasso di galassie IDCS 1426, oggi puoi vedere quello che l'Universo era due terzi più giovane di adesso. IDCS 1426 è l'ammasso di galassie più massiccio dell'universo primordiale, con una massa di circa 500 trilioni di soli. Il nucleo blu brillante di una galassia di gas è il risultato di una collisione di galassie in questo ammasso.
La galassia nana blu I Zwicky 18 è la galassia più giovane conosciuta. Ha solo 500 milioni di anni (l'età della Via Lattea è di 12 miliardi di anni) ed è essenzialmente nello stato di un embrione. Questa è una gigantesca nuvola di idrogeno freddo ed elio.
NGC 6744 è una grande galassia a spirale che è (secondo gli astronomi) una delle più simili alla nostra Via Lattea. Una galassia situata a circa 30 milioni di anni luce dalla Terra è sorprendentemente identica via Lattea nucleo allungato e bracci a spirale.
La galassia, nota come NGC 6872, è la seconda galassia a spirale più grande mai scoperta dagli scienziati. In esso sono state trovate molte regioni di formazione stellare attiva. Poiché NGC 6872 non ha praticamente idrogeno libero rimasto per la formazione stellare, lo "risucchia" dalla vicina galassia IC 4970.
Trovato a 4,3 miliardi di anni luce dalla Terra, la galassia MACS J0416 assomiglia più a una specie di spettacolo di luci in una discoteca di lusso. In effetti, dietro i luminosi colori viola e rosa si nasconde un evento di proporzioni colossali: una collisione di due ammassi di galassie.
Sebbene forze gravitazionali attraggono la maggior parte delle galassie l'una all'altra, non ci sono prove che ciò accada ai vicini Messier 60 e NGC 4647. Non ci sono nemmeno prove che si stiano allontanando l'una dall'altra. Come una coppia che vive insieme da molto tempo, queste due galassie corrono fianco a fianco attraverso lo spazio freddo e oscuro.
Situata vicino a Messier 25, Messier 81 è una galassia a spirale con un buco nero supermassiccio al centro, con una massa 70 milioni di volte quella del Sole. M81 ospita molte stelle blu di breve durata ma molto calde. L'interazione gravitazionale con M82 ha portato a pennacchi di idrogeno gassoso che si estendono tra le due galassie.
Circa 600 milioni di anni fa, le galassie NGC 4038 e NGC 4039 si schiantarono l'una contro l'altra, iniziando a scambiarsi massicciamente stelle e materia galattica. per colpa di aspetto esteriore queste galassie sono chiamate antenne.
La Galassia del Sombrero è una delle più apprezzate dagli astrofili. Prende il nome dal fatto che, grazie al suo nucleo luminoso e al grande rigonfiamento centrale, assomiglia a questo copricapo.
Questa galassia sfocata in tutte le immagini è conosciuta con il nome piuttosto complicato 2MASX J16270254 + 4328340. Come risultato della fusione delle due galassie, si è formata una "nebbia fine composta da milioni di stelle". Si pensa che questa "nebbia" si stia lentamente dissipando mentre la durata della vita della galassia scade.
Questa foto mostra la nebulosa NGC 604, situata in uno dei bracci a spirale della galassia Messier 33. Più di 200 stelle molto calde riscaldano l'idrogeno ionizzato in questa nebulosa, che la fa fluorare.
NGC 2685, a volte indicata anche come una galassia a spirale, si trova nella costellazione dell'Orsa Maggiore. Una delle prime galassie ad anello polari da trovare, NGC 2685 ha un anello esterno di gas e stelle in orbita attorno ai poli della galassia, il che la rende una delle galassie più rare. Gli scienziati non sanno ancora cosa causi la formazione di questi anelli polari.
Messier 94 sembra un terribile uragano che è stato rimosso dall'orbita terrestre. Questa galassia è circondata da luminosi anelli blu di stelle in formazione attiva.
Formalmente conosciuta come Abell 2744, questa galassia è stata soprannominata l'Ammasso Pandora a causa di una serie di strani fenomeni risultanti dalla collisione di diversi ammassi di galassie più piccoli. È un vero caos.
Quella che nelle immagini sembra più una torta di compleanno colorata è una galassia irregolare nella costellazione del Centauro. È degno di nota per il fatto che emette raggi X super potenti.
La Galassia Whirlpool, ufficialmente conosciuta come M51a o NGC 5194, è abbastanza grande e abbastanza vicina alla Via Lattea da essere visibile nel cielo notturno anche con un binocolo. È stata la prima galassia a spirale ad essere classificata ed è di particolare interesse per gli scienziati per la sua interazione con la galassia nana NGC 5195.
L'ammasso di galassie SDSS J1038+4849 è uno degli ammassi più attraenti mai trovati dagli astronomi. Sembra un vero smiley nello spazio. Gli occhi e il naso sono galassie e la linea curva della "bocca" è dovuta agli effetti delle lenti gravitazionali.
Sebbene queste due galassie sembrino in collisione, questa è in realtà un'illusione ottica. Ci sono decine di milioni di anni luce tra di loro.
