Os astrônomos precisam lidar com os corpos maiores, mais massivos e mais distantes que existem na natureza. Portanto, eles estão acostumados a escalas gigantescas e números enormes.
É difícil para nós visualizar as distâncias até mesmo para corpos celestes próximos. A estrela mais próxima de nós - o Sol - está a cerca de 150 milhões de km de nós. Levaria cerca de cinco anos para contar até 150 milhões, dizendo cada segundo por número. No entanto, a distância ao Sol é insignificante em comparação com as distâncias entre as estrelas. A estrela mais próxima de nós está quase 260 mil vezes mais distante que o Sol. Mas mesmo esses números com muitos zeros devem ser considerados pequenos quando nós estamos falando sobre as distâncias entre aglomerados gigantes de estrelas - galáxias.
As galáxias estão tão distantes de nós que, com exceção de algumas muito próximas, elas não podem ser vistas com telescópios. Eles são estudados, via de regra, com a ajuda de fotografia astronômica ou receptores eletrônicos. As fotografias determinam o brilho das galáxias, seu tamanho, forma, estrutura, posição no céu. Veja como as galáxias são diversas (Figura 2-9).
Arroz. 1. A parte central do aglomerado de galáxias na constelação de Hércules (negativo).
Na aparência, eles podem ser divididos em três tipos: elípticos (são visíveis como pontos de luz ovais), espirais (apresentam ramificações espirais) e irregulares, semelhantes a nuvens disformes.
Fig 2. Nebulosa de Andrômeda - a galáxia espiral mais próxima de nós
Por que as galáxias são tão diferentes umas das outras? Estudos mostraram que sua forma depende da composição estelar, da idade, da intensidade da formação de estrelas nelas.
Os braços espirais das galáxias são compostos principalmente de estrelas jovens e muito brilhantes e nuvens de gás. As nuvens brilham sob a influência dos raios ultravioletas emitidos por essas estrelas.
Fig 3. Galáxia espiral barrada
Das nuvens de gás, encolhendo lentamente sob a influência de suas próprias forças gravitacionais, novas gerações de estrelas são formadas. Mas na composição das galáxias espirais existem muitas antigas, não mais estrelas brilhantes. Quase não há gás nas galáxias elípticas, a formação de estrelas nelas terminou há muito tempo, portanto, são predominantemente estrelas antigas, com vários bilhões de anos. As estrelas ficam mais vermelhas com a idade, tornando as galáxias elípticas mais vermelhas do que as galáxias espirais. As galáxias irregulares, por outro lado, são frequentemente muito azuis, pois há ainda mais estrelas jovens nelas do que nas espirais. Eles também contêm mais gás interestelar, a partir do qual a formação de estrelas continua.
Fig 4. Galáxia espiral
Existem galáxias com formas muito estranhas e bizarras (as chamadas galáxias peculiares), muitas vezes é difícil atribuí-las a qualquer tipo. Aqui, por exemplo, está uma galáxia (Fig. 8), na qual um corpo elíptico está entrelaçado com listras de matéria clara e veios escuros de poeira. Ninguém ainda pode explicar como esses detalhes foram formados.
As galáxias são emparelhadas e a proximidade geralmente afeta sua aparência; "barras" de estrelas se formam entre as galáxias, ou longas "caudas" luminosas que se estendem para o lado, muitas vezes surpreendentemente retas (Fig. 9).
Não está claro há quanto tempo esses apêndices foram formados, qual é sua natureza, por que eles não caem na galáxia. É claro que os campos magnéticos que passam pelas galáxias e o meio gasoso circundante desempenham um papel importante em sua aparência.
A existência de galáxias tão diferentes se deve ao fato de que elas se formaram em condições diferentes. A maioria dos pesquisadores acredita que as galáxias se condensaram a partir de enormes nuvens de gás, principalmente hidrogênio, que antes preenchiam todo o espaço do mundo. Essas nuvens - protogaláxias - diferiam umas das outras em massa, tamanho, velocidade de rotação em torno do eixo e força do campo magnético interno. Essas características físicas determinam muito com que rapidez e em quais lugares a nuvem começará a se desfazer em nuvens menores, formando estrelas, o que significa que tipo de galáxia terá.
Os astrônomos aprenderam a estudar o movimento das galáxias, embora isso esteja longe de ser tarefa simples. Devido às enormes distâncias, vemos todos os processos cósmicos como se fossem desacelerados pelas filmagens. Mesmo se observarmos uma explosão em uma galáxia onde massas de gás se movem a uma velocidade de milhares de quilômetros por segundo, nossos descendentes distantes verão a mesma imagem que vemos em milhares de anos, como se o gás não tivesse se movido.
O movimento das galáxias é aprendido examinando seu espectro. O espectro da galáxia parece uma estreita faixa brilhante cortada por linhas de absorção escuras pertencentes a diferentes elementos químicos.
O chamado efeito Doppler é conhecido há muito tempo na física (ver p. 14). Ao medir os comprimentos de onda das linhas espectrais no espectro das galáxias, os cientistas podem aprender sobre como as galáxias se movem.
Fig 5. Galáxia espiral. A faixa escura indica uma grande concentração de poeira na galáxia
Se você obtiver o espectro de partes individuais da galáxia, poderá determinar a velocidade de rotação das estrelas ao redor do centro. Descobriu-se que cada galáxia conseguiu fazer várias dezenas de revoluções durante sua vida. Conhecendo o tamanho da galáxia e a velocidade de sua rotação, não é difícil, contando com a lei gravidade, "pesar" a galáxia, calcular sua massa.
Mas primeiro você precisa resolver mais um problema: determinar a distância da galáxia. Para isso, vários métodos são usados. É possível comparar o brilho aparente de estrelas individuais da galáxia investigada e as mesmas estrelas, mas próximas a nós, incluídas em nossa Galáxia, cujas distâncias são conhecidas. Se as estrelas individuais são indistinguíveis, pode-se estimar a distância do brilho aparente ou tamanho aparente da galáxia como um todo. Mas este é um método muito difícil e, ao aplicá-lo, você pode errar várias vezes.
Fig 6. Galáxia elíptica
Existe uma maneira que permite, tendo recebido o espectro de uma galáxia distante, conhecer a distância com muito mais precisão. O fato é que vivemos em uma época em que ocorre a chamada expansão do Universo (veja o artigo "O Universo ontem, hoje e amanhã"): as galáxias estão se afastando de nós e umas das outras. É possível
Arroz. 7. Galáxia errada - Grande Nuvem de Magalhães.
provar pelo deslocamento das linhas de absorção de seus espectros. Quanto maior o redshift, maior a taxa de remoção. Tanto da teoria (que, a propósito, previu a separação das galáxias umas das outras antes que as observações a mostrassem), quanto das observações astronômicas de galáxias distantes, segue-se que a quantidade de desvio para o vermelho (ou a velocidade com que as galáxias se afastam) é proporcionais às suas distâncias. Por exemplo, se uma galáxia está se afastando de nós a uma velocidade de 2000 km / s e a outra - 6000 km / s, a segunda deve estar três vezes mais longe que a primeira.
Os cientistas descobriram que para calcular a distância da galáxia em megaparsecs (1 megaparsec - cerca de 3 milhões de anos-luz), é necessário dividir a velocidade em quilômetros por segundo por cerca de cem. Por exemplo, as distâncias para as galáxias discutidas são 20 e 60 megaparsecs.
Arroz. 8. Galáxia peculiar de forma incomum.
Muitos processos que ocorrem nas galáxias ainda não foram explicados ou compreendidos.
Fig 9. Galáxias em interação
Muita obscuridade está relacionada com a formação de galáxias e estrelas nelas, com a origem e estabilidade dos braços espirais, com os movimentos internos das estrelas e do gás, com a interação das galáxias entre si e com o meio ambiente.
Galáxias emitem ondas de rádio
Os sinais de rádio chegam constantemente à Terra do espaço, mas são tão fracos que dispositivos especiais tiveram que ser criados para detectá-los - radiotelescópios com enormes antenas e amplificadores poderosos. Sua sensibilidade verdadeiramente fantástica torna possível capturar com confiança as emissões de rádio provenientes não apenas da nossa, mas também de outras galáxias. Para virar a página deste livro, dificilmente é necessário gastar mais energia do que a energia das ondas de rádio recebidas do espaço intergaláctico por todos os radiotelescópios do mundo, juntos, em toda a história da existência da radioastronomia.
Estamos acostumados ao fato de que as ondas de rádio geralmente são produzidas por equipamentos complexos. Mas acontece que qualquer corpo é uma estação de rádio natural. Quanto maior a temperatura do corpo, maior o seu tamanho, mais forte o fluxo de suas ondas de rádio.
Os radioastrônomos recebem emissão de rádio térmica mesmo de planetas distantes e frios, como Urano ou Netuno (veja o artigo "Estações espaciais e ondas de rádio - sobre nossos vizinhos celestes"). Nossa Terra também irradia ondas de rádio, embora quando observadas de outros planetas, o fluxo de ondas de rádio não naturais, mas as provenientes de estações de rádio, seria mais forte. A fonte "mais brilhante" de ondas de rádio no sistema solar é, obviamente, o Sol, especialmente parte externa sua atmosfera é uma coroa aquecida a um milhão de graus. Outras estrelas também irradiam ondas de rádio, mas as distâncias até elas são tão grandes que não somos capazes de captar a emissão de rádio da estrela mais próxima (só recentemente foram encontradas algumas estrelas incomuns cuja emissão de rádio pode ser registrada). Existem estações de rádio naturais mais poderosas em nossa galáxia do que estrelas. Por exemplo, nuvens de gás interestelar rarefeito, fortemente aquecidos por estrelas quentes, são fontes de emissão de rádio térmica, que podemos receber mesmo a uma distância de vários milhares de anos-luz.
Como as observações mostraram, as ondas de rádio nascem não apenas nas nuvens de gás, mas também entre elas. Falando figurativamente, toda a Galáxia "brilha" nos feixes de rádio, e sua região equatorial é especialmente brilhante.
Estudos mostraram que essa emissão de rádio não pode se formar em estrelas ou em gás interestelar. Deve sua existência aos raios cósmicos - o movimento de partículas carregadas muito rápidas - elétrons e prótons, inúmeras quantidades dos quais se movem em nossa galáxia em todas as direções. Muitos deles têm velocidades tão altas que não podem ser obtidas nos aceleradores de partículas mais potentes.
De onde eles vêm? Como eles aceleram a uma velocidade quase igual à velocidade da luz? Isso é talvez pergunta principal astrofísica moderna, e nenhuma resposta definitiva foi recebida. Os astrofísicos estão cada vez mais inclinados a acreditar que uma parte significativa dos raios cósmicos é ejetada dos núcleos de algumas galáxias - pequenas formações luminosas de natureza ainda inexplicada.
Uma parte significativa dos raios cósmicos é produzida durante explosões catastróficas de supernovas que ocorrem em galáxias em média uma vez a cada cem anos. Uma explosão de supernova pode ser tão forte que, no momento de brilho máximo, uma estrela pode competir em brilho com bilhões de estrelas comuns!
Explosões de supernovas não passam despercebidas. Milhares de anos após a explosão, uma nebulosa gasosa em expansão pode ser observada no local da explosão da estrela. Cerca de uma dúzia dessas nebulosas são conhecidas - vestígios de catástrofes antigas. Desde a invenção do telescópio, ninguém viu uma explosão de supernova em nossa galáxia, mas as observações de seus remanescentes mostram que por centenas de anos eles continuam a "produzir" raios cósmicos e a servir as estações de rádio mais poderosas em galáxias.
Atualmente, a emissão de rádio de cerca de uma centena de galáxias mais próximas de nós foi registrada. Suas imagens de rádio não são semelhantes entre si. Para alguns, apenas a parte central emite ondas de rádio, para outros, a emissão de rádio vem de uma área ainda maior que a própria galáxia.
Normalmente, as galáxias gastam dezenas de milhões de vezes menos energia na emissão de ondas de rádio do que na emissão de luz visível. Mas a situação muda quando ocorrem explosões nos centros das galáxias.
Explosões nos centros das galáxias
Muitas centenas de pontos ou pequenas áreas foram encontradas em todo o céu de onde as ondas de rádio chegam até nós. Para descobrir quais corpos os emitem, com a ajuda de grandes telescópios eles fotografam a região do céu onde esta ou aquela fonte de rádio está gravada. Inesperadamente, descobriu-se que no lugar de muitos deles existem galáxias distantes. Eles são chamados de galáxias de rádio. Muitas vezes externamente não diferentes das galáxias normais, as rádio-galáxias irradiam milhões e dezenas de milhões de vezes mais poderosos fluxos de ondas de rádio. Via de regra, as radiogaláxias são elípticas e têm uma massa muito grande, muitas vezes têm algum tipo de peculiaridade na aparência, muitas delas são duplas. Por causa disso, as galáxias de rádio foram inicialmente pensadas como galáxias em colisão. Mas agora muitas galáxias de rádio são conhecidas. A fonte de sua energia de emissão de rádio é o núcleo central.
A Figura 10 mostra a mesma radiogaláxia localizada em um grande aglomerado de galáxias na constelação de Virgem.
Arroz. 10. Radiogaláxia Virgem A. Fotografias tiradas com diferentes exposições.
Arroz. 11. Radiogaláxia Centaurus A.
A distância até ele é de cerca de 30 milhões de anos-luz. A foto de baixo foi tirada em alta exposição, de modo que a parte central brilhante da galáxia elíptica ficou superexposta. Na parte superior, obtida com menor exposição, apenas a parte central é visível. Vê-se claramente que uma ejeção irregular emerge do centro. Em uma fotografia colorida, seria azul. A emissão de rádio vem de uma área bastante vasta, incluindo toda a parte da galáxia visível na fotografia, mas em comprimentos de onda curtos, de centímetros, a "ejeção" fornece a parte mais significativa da emissão de rádio. Essa radiação, como se viu, contém oscilações eletromagnéticas de todas as frequências: de ondas de rádio à luz visível.
Outro exemplo é a radiogaláxia, que está associada à fonte de rádio Centaurus A. Esta galáxia elíptica tem uma característica rara: uma grande quantidade de poeira interestelar na forma de uma ampla faixa escura (Fig. 11). Curiosamente, a emissão de rádio vem principalmente não da própria galáxia, mas de duas regiões gigantes localizadas simetricamente em relação a ela, cujo volume é muitas dezenas de vezes maior que o volume da galáxia.
A fonte de rádio Cygnus A, uma das "mais brilhantes" do céu, também acabou sendo dupla. Está associado a uma radiogaláxia binária, que
localizado tão longe que sua forma é difícil de determinar mesmo a partir de uma fotografia tirada com um telescópio de cinco metros. Sua distância é de cerca de meio bilhão de anos-luz. Cygnus A na faixa de rádio emite várias vezes mais energia do que na forma de luz comum. Essas poderosas galáxias de rádio são raras, e podemos dizer que temos sorte de que um objeto tão único não esteja localizado muito mais longe de nós.
A emissão de rádio de tais objetos também pode ser capturada de tais distâncias quando a galáxia de rádio não puder mais ser fotografada por nenhum instrumento. Não é de surpreender que os astrônomos conheçam muitas fontes de rádio que não são identificadas com nenhum objeto.
Galáxias de rádio como Centaurus A ou Cygnus A emitem enormes nuvens de partículas rápidas no espaço circundante, movendo-se aleatoriamente em um campo magnético e emitindo ondas de rádio por um longo tempo. Com o tempo, a intensidade de sua emissão de rádio diminui e as galáxias de rádio tornam-se indistinguíveis das galáxias comuns. Talvez algumas galáxias comuns em um certo estágio de desenvolvimento possam se tornar galáxias de rádio? Há razões para acreditar que tanto a nossa Galáxia quanto a nebulosa de Andrômeda no passado emitiram ondas de rádio muito mais intensamente do que agora.
No centro das rádio-galáxias, em seus núcleos, há processos explosivos ativos nos quais uma energia colossal é liberada. Um milhão de estrelas como o Sol juntas em toda a sua vida longa eles não emitirão na forma de luz nem um por cento da energia que é liberada durante a explosão do núcleo de uma radiogaláxia comum. Por que há uma explosão? Onde estava a energia liberada antes da explosão? Essas perguntas permanecem sem resposta até agora. Havia uma suposição de que a causa da explosão é a localização próxima das estrelas perto do centro da galáxia. E o surto de uma supernova pode levar a uma explosão um grande número estrelas. Mas descobriu-se que, muito provavelmente, o núcleo da própria galáxia explode.
O que o tira de um estado estacionário? Possivelmente gás interestelar e intergaláctico se estabelecendo no centro da galáxia. Não é coincidência que as rádio-galáxias tenham uma grande massa e criem um campo gravitacional relativamente forte ao seu redor. Em galáxias normais, gases e raios cósmicos também são ejetados dos núcleos, mas em pequenas quantidades. Nas rádio-galáxias, a atividade do núcleo é incomparavelmente maior. Por quê? Isso ficará claro à medida que aprendermos mais sobre os núcleos das galáxias.
O maior evento de astronomia para últimos anos- esta é provavelmente a descoberta de uma classe anteriormente desconhecida de objetos extragalácticos - quasares.
Em 1963, descobriu-se que a posição de algumas fontes de rádio de tamanho angular muito pequeno coincide com a posição de estrelas fracas individuais. Mas sabe-se que as estrelas comuns são fontes de rádio de baixa potência para que sua emissão de rádio seja detectada. Portanto, objetos abertos imediatamente atraíram muita atenção. Descobriu-se inesperadamente que o espectro dessas estrelas de rádio contém muitas linhas de emissão brilhantes (em contraste com as linhas de absorção escuras típicas de estrelas normais), que não podem ser decifradas: não estava claro a quais elementos químicos as linhas espectrais pertenciam. Esta é provavelmente a primeira vez que os astrônomos encontraram tal situação. Finalmente, o astrônomo holandês M. Schmidt, trabalhando nos EUA, encontrou a chave para desvendar o estranho espectro. Descobriu-se que as linhas espectrais pertencem a elementos químicos bem conhecidos, apenas essas linhas são deslocadas para a parte vermelha do espectro com muita força, elas têm um grande desvio para o vermelho.
O valor do desvio para o vermelho é geralmente chamado de número que mostra como a mudança no comprimento de onda de qualquer linha do espectro está relacionada ao comprimento de onda original dessa linha. Esse número geralmente é muito menor que um. Para as estrelas da nossa Galáxia, não é superior a 0,001, e para a maioria das galáxias estudadas é 0,003-0,1. As galáxias mais distantes que podem ser exploradas com os maiores telescópios têm um desvio para o vermelho de 0,2-0,5. Os desvios para o vermelho das duas estrelas de rádio mais brilhantes revelaram-se próximos dos desvios para o vermelho de galáxias distantes -0,16 e 0,37.
Isso sugere que se seu desvio para o vermelho, como o das galáxias, é causado pela expansão do Universo, então os objetos detectados estão muito distantes. Não parecem galáxias. Esses objetos parecem pequenos pontos, como estrelas, diferindo na aparência da maioria deles, exceto cor azul(suas posições estão marcadas com traços nas figuras). Eles são chamados de fontes de rádio quase estelares (ou seja, semelhantes a estrelas), ou quasares para abreviar.
Como os quasares são visíveis a enormes distâncias, eles devem emitir centenas de vezes mais luz do que as galáxias normais, e sua emissão de rádio é aproximadamente a mesma potência das galáxias de rádio mais poderosas.
O quasar mais próximo (conhecido como 3 C 273) está a cerca de 1,5 bilhão de anos-luz de distância e, no entanto, pode ser observado mesmo com um pequeno telescópio que só pode ver algumas galáxias próximas. Perto deste quasar nas fotografias, uma pequena nuvem alongada é visivelmente direcionada para ele, lembrando muito uma ejeção do núcleo da radiogaláxia Virgem A. É também uma fonte de emissão de rádio. Os próprios quasares, em muitos aspectos, são muito semelhantes aos núcleos de galáxias que estão em estado excitado, expelindo gás e partículas rápidas.
Assim, um fio está sendo tateado que conecta quasares com objetos já familiares para nós. É possível que os quasares sejam os núcleos de galáxias que brilham muito fracamente para que possamos vê-los.
Arroz. 12. Fotografias de quasares contra o fundo de estrelas comuns (marcadas com traços).
O tamanho dos quasares é surpreendentemente pequeno (claro, em escala galáctica), e o fato de alguns deles mudarem seu brilho de forma rápida e aleatória é prova disso. Por exemplo, o brilho do quasar 3 C 273 às vezes muda visivelmente ao longo de várias semanas ou mesmo dias. Disso decorre a conclusão de que seu tamanho não pode exceder vários dias-luz, caso contrário, como um todo, como um único objeto, não poderia alterar seu brilho tão rapidamente. Esse raciocínio pode se aplicar não ao quasar inteiro, mas às regiões que fazem a principal contribuição para a radiação.
A existência de uma pequena mas muito massiva bola de gás, que, segundo algumas fontes, é o núcleo de um quasar, não é tão fácil de explicar. Pode ser rigorosamente provado que uma esfera gasosa comum com uma massa de várias centenas de massas solares inevitavelmente começará a encolher incontrolavelmente e rapidamente sob a influência de sua própria gravidade até atingir um tamanho em que toda a emissão de luz cesse; haverá, como dizem, um colapso gravitacional. Mas os quasares existem, e por muito tempo, provavelmente mais de cem anos. Foi possível encontrar fotografias do céu tiradas no século passado, onde o quasar 3 C 273 foi capturado entre as estrelas; seu brilho não mudou significativamente desde então. Especialistas acreditam que o motivo
a estabilidade de um quasar deve ser buscada em sua rápida rotação ou nos violentos movimentos caóticos de sua matéria. Até que tais movimentos diminuam (e isso requer muito tempo), o quasar não começará sua contração catastroficamente rápida.
Há outras suposições também. Alguns pesquisadores acreditam, por exemplo, que, embora os quasares estejam localizados fora da nossa Galáxia, a distância até eles é muitas vezes menor do que o desvio para o vermelho. Em outras palavras, seu desvio para o vermelho é causado principalmente não pela expansão do Universo, como nas galáxias, mas por outros motivos. Nesse caso, a massa e a luminosidade dos quasares podem não ser muito grandes. Por exemplo, os quasares podem ser pequenos aglomerados de gás voando a velocidades próximas da luz que já foram lançados pela nossa galáxia ou por alguma galáxia vizinha.
Outra coisa pode ser assumida: os quasares não têm velocidades muito altas, e o desvio para o vermelho é causado pelo movimento da luz em um forte campo gravitacional. O desvio para o vermelho ocorre porque os raios de luz, escapando de um forte campo gravitacional criado por corpos muito densos, perdem parte de sua energia e, portanto, aumentam seu comprimento de onda. No entanto, hipóteses baseadas nessas suposições ainda não podem explicar a totalidade dos dados conhecidos e, talvez, tornar a natureza dos quasares ainda mais incompreensível. Portanto, a maioria dos cientistas continua a considerar os quasares como os objetos mais distantes.
Mais de uma centena de quasares são agora conhecidos. Os mais distantes deles têm um desvio para o vermelho tão grande que os raios ultravioletas invisíveis emitidos pelo quasar se tornam visíveis, caem na parte visível do espectro.
A busca por quasares levou à descoberta de objetos relacionados. Nas fotografias, também são quase indistinguíveis das estrelas, têm uma cor azul e linhas espectrais deslocadas para o vermelho. Mas, ao contrário dos quasares, eles quase não emitem ondas de rádio, o que os torna muito difíceis de detectar. Os objetos descobertos são chamados de galáxias quase estelares (abreviadas como k v a z a g i). Até agora eles não foram encontrados, mas isso se deve apenas às dificuldades de detecção: algumas estrelas em nossa galáxia são tão azuis quanto quasares ou quasares, e apenas análise espectral pode mostrar se é uma estrela ou um objeto extragaláctico. No universo, os quasags são ainda mais comuns que os quasares. Muito provavelmente, quasares e quasares são os mesmos objetos, apenas em diferentes estágios de desenvolvimento.
Antes de entender a natureza desses objetos distantes, os cientistas começaram a usar suas observações para resolver vários problemas. Por exemplo, raios de luz emitidos por quasares e quasares percorrem grandes distâncias entre galáxias através de gás muito rarefeito. Uma análise da luz recebida pode ajudar a esclarecer a densidade do gás no espaço intergaláctico. Mas é especialmente atraente que os raios que chegam até nós desses objetos são, por assim dizer, mensageiros do passado distante: afinal, quanto mais distante o objeto, maior seu desvio para o vermelho, mais cedo a luz recebida por nós hoje foi emitida. Vemos esses corpos distantes como eram bilhões de anos atrás, mas agora eles sem dúvida mudaram além do reconhecimento. Ao observar objetos distantes, parecemos olhar para o passado do universo. Dada a oportunidade de aprender como o Universo se expandiu bilhões de anos atrás, os cientistas estudam quais propriedades o espaço ao nosso redor tem e como essas propriedades mudam ao longo do tempo. As observações levam à conclusão, por exemplo, que bilhões de anos atrás quasares foram encontrados no Universo muitas vezes mais frequentemente do que são agora.
Também relativamente recentemente, um detalhe muito curioso ficou conhecido: existem vários quasares (eles estão localizados em diferentes regiões do céu), nos quais, juntamente com as linhas de emissão de luz, estão presentes no espectro linhas de absorção escuras. O desvio para o vermelho das linhas de emissão para todos esses quasares é diferente, mas o desvio das linhas de absorção é quase o mesmo - é cerca de 2,0! E o número de quasares com tal mudança nas linhas de emissão acabou sendo suspeitosamente grande também. Alguns acreditam que tal coincidência é causada por algumas características expansão do universo, outros vêem isso como uma confirmação de que o redshift dos quasares é o resultado de suas propriedades intrínsecas.
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O estudo de quasares e quazags está avançando em ritmo acelerado. Isso nos ajuda a saber como o universo muda gradualmente sua aparência. Houve um tempo em que nem estrelas, nem galáxias, nem quasares existiam, e a matéria estava em outras, talvez até em formas desconhecidas agora. Mas a natureza sempre foi e continuará sendo cognoscível, e o estudo das galáxias, que contêm quase toda a matéria densa do Universo, e misteriosos objetos quase estelares - quasares e quazags - nos ajuda a entender como o Universo funciona e como ele se desenvolve.
AV Parafuso
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A galáxia z8_GND_5296 (visível na inserção) é a galáxia mais antiga para a qual os astrônomos mediram com precisão a distância. Formou-se cerca de 700 milhões de anos depois e está formando estrelas a uma taxa incrivelmente rápida. Crédito: V. Tilvi(Texas A&M), S. Finkelstein(UT Austin), CANDELS e equipe HST/NASA.
"A galáxia mais distante já é visível!" Não ouvimos falar dela antes? (Veja por exemplo). Embora seja verdade que os astrônomos estão se movendo cada vez mais para trás no tempo com instrumentos melhores, existem problemas fundamentais tanto na observação quanto na medição das distâncias das primeiras galáxias no espaço.
É por isso que esta nova observação de uma galáxia que se formou cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang é importante. Embora muitas das galáxias que se formaram naquela época tenham sido identificadas, os astrônomos mediram apenas as distâncias exatas de cinco delas. Esta galáxia é a sexta, e é a mais distante do grupo. Talvez ainda mais importante do que medir a distância, os pesquisadores determinaram que esta galáxia está dando origem a novas estrelas a uma taxa 100 vezes mais rápida do que hoje. Isso indica que as primeiras galáxias podem ter sido mais agressivas do que se pensava anteriormente.
Novo artigo publicado na revista Natureza (aviso de paywall), descreve uma medição de uma galáxia descoberta pelo Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), que usa um espectrógrafo infravermelho no telescópio Keck no Havaí. Devido a esta grande distância, não vê esta galáxia em faixas ópticas, mas é a fonte mais brilhante em alcance infravermelho, para Hubble e . Redshift, se você se lembra, é uma medida de quão rápido uma galáxia parece estar se afastando de nós à medida que o universo se expande; quanto maior o desvio para o vermelho, mais distante a galáxia - e, portanto, mais para trás no tempo ela emitiu a luz que vemos. À medida que o universo cresce, ele estica o comprimento de onda da luz proporcionalmente. Nesse caso, a luz óptica (visível) ou mesmo a emissão ultravioleta, comum em estrelas, é desviada para a parte infravermelha do espectro.
Neste caso, os astrônomos mediram o desvio para o vermelho da galáxia z8_GND_5296 (que é um nome inesquecível para você) para 7,51, o que significa que está a cerca de 13 bilhões de anos-luz de distância. Eles determinaram esse número medindo a emissão de Lyman alfa (Ly α) do gás hidrogênio, que é o mais comum e difícil de medir em distâncias tão grandes. A luz Ly α do gás hidrogênio em nossa localização é de cerca de 11 nanômetros, exatamente na parte ultravioleta do espectro, mas a emissão correspondente de z8_GND_5296 é de cerca de 1034 nanômetros, que está na parte infravermelha do espectro. (Para obter o redshift, divida mais menos e subtraia 1. Infelizmente, a relação entre redshift e distância não é tão simples).
No entanto, nem todas as galáxias a distâncias comparáveis têm emissões Ly α mensuráveis: algo parece estar impedindo que a maior parte dessa luz chegue até nós. Ideia principalé um gás intergaláctico neutro que dispersa a luz, mas também existem várias galáxias observáveis que apoiam esta hipótese. Como resultado, embora existam dezenas de galáxias com redshifts maiores que 7 (determinados não pelo espectro, mas pela cor aparente da galáxia), os redshifts não podem ser verificados duas vezes para a maioria. Este artigo relata 43 galáxias, mas apenas uma desse exemplo teve emissões Ly α mensuráveis.
Mais interessante, a galáxia z8_GND_5296 é relativamente rica em "metais": elementos mais pesados que o hélio. Como esses elementos são produzidos pelas estrelas e não pelo Big Bang, isso indica uma velocidade muito alta mesmo com o tempo que essa galáxia emitiu a luz que observamos.
Para apoiar essa afirmação, os autores do presente estudo descobriram que z8_GND_5296 e uma galáxia semelhante, designada GN 108036, têm muito altas velocidades formação estelar, convertendo o equivalente em massa de 330 em novas estrelas. Isso é mais de 100 vezes a taxa de formação de estrelas na Via Láctea e comparável a algumas das galáxias formadoras de estrelas mais extremas. Anteriormente, pensava-se que eram raras, então os astrônomos podem precisar repensar suas estimativas de quão rapidamente novas estrelas foram criadas nas primeiras galáxias.
Independentemente disso, será interessante ver como são as outras galáxias primitivas à medida que nossas observações melhoram. Sem isso, não saberemos se z8_GND_5296 é uma raridade em nossa formação estelar extrema, ou entenderemos por que é relativamente brilhante nas emissões de Ly α enquanto seus “irmãos” não são. E talvez encontremos uma discrepância no tempo entre a era sem galáxias e as primeiras galáxias formadas.
As galáxias são sistemas gravitacionalmente ligados de estrelas, gás interestelar, poeira e matéria escura. O diâmetro das galáxias varia de 5 a 250 kiloparsecs. Isso é muito.
Por exemplo, o diâmetro de nossa galáxia é de 30 kiloparsecs - a luz de uma de suas bordas à outra voará até 100 mil anos. Também tem pelo menos 200 bilhões de estrelas...
1. Galáxia espiral barrada NGC 4639 na constelação de Virgem. Ele está localizado a uma distância de mais de 70 milhões de anos-luz da Terra. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
2. A Nebulosa do Véu é um remanescente de supernova enorme e relativamente tênue. A estrela explodiu cerca de 5000-8000 anos atrás, período durante o qual a nebulosa cobriu uma área de 3 graus no céu. A distância até ele é estimada em 1.400 anos-luz. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
3. Mais de um quinto do universo está escondido de nossa visão por poeira e estrelas do disco de nossa galáxia. Muitas galáxias estão na "zona de evasão", em uma região do espaço que geralmente é inacessível aos telescópios. É assim que eles podem parecer, de acordo com a imaginação dos artistas. (Foto da Reuters | ICRAR):
4. Centaurus A é uma das galáxias vizinhas mais brilhantes e mais próximas de nós, apenas 12 milhões de anos-luz nos separam. Em termos de brilho, a galáxia ocupa o quinto lugar (depois das Nuvens de Magalhães, da Nebulosa de Andrômeda e da Galáxia do Triângulo). (Foto da Reuters | NASA):
5. Galáxia espiral barrada M83, também conhecida como Catavento do Sul. Ele está localizado a uma distância de aproximadamente 15 milhões de anos-luz de nós. Em 2014, os astrônomos descobriram o MQ1, que por si só é leve, mas absorve a matéria circundante com grande intensidade. (Foto da Reuters | NASA):
6. Galáxia M 106 na constelação Canes Hounds. No núcleo está um buraco negro supermassivo com uma massa de 36 milhões de massas solares dentro de 40.000 unidades astronômicas. (Foto da Reuters | NASA):
7. Parte da Nebulosa da Tarântula, localizada na Grande Nuvem de Magalhães. As enormes estrelas da nebulosa são fontes poderosas radiação que sopra bolhas gigantes de gás e poeira interestelar. Algumas das estrelas explodiram em supernovas, fazendo com que as bolhas fossem iluminadas por raios-X. (Foto da Reuters | NASA):
8. Galáxia espiral barrada NGC 1433 na constelação do Relógio, localizada a uma distância de cerca de 32 milhões de anos-luz da Terra. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
9. Galáxia NGC 1566, localizada a uma distância de cerca de 40 milhões de anos-luz da Terra na constelação de Dorado. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
10. Raios-X de uma jovem supernova na galáxia M83. (Foto da Reuters | NASA):
12. Galáxia espiral barrada NGC 4945 na constelação de Centaurus. É bastante semelhante à nossa galáxia, mas as observações de raios-X mostram a presença de um núcleo Seyfert, provavelmente contendo um supermassivo ativo. buraco negro. (Foto da Reuters | NASA):
13. z8 GND 5296 é uma galáxia descoberta em outubro de 2013 na constelação da Ursa Maior. De acordo com estimativas preliminares, a luz desta galáxia chega à Terra em cerca de 13 bilhões de anos. Esta não é uma fotografia, mas uma imagem artística. (Foto por Reuters | NASA | Hubble):
14. Nebulosa de reflexão da cabeça da bruxa (IC 2118) na constelação de Eridanus. Esta nebulosa de reflexão altamente peculiar está associada à estrela brilhante Rigel na constelação de Órion. A nebulosa está localizada a uma distância de cerca de 1000 anos-luz do Sol. (Foto da Reuters | NASA):
15. Galáxia Girassol na constelação Canis Hounds. Ele está localizado a uma distância de 27 milhões de anos-luz. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
16. O núcleo da galáxia espiral M 61 na constelação de Virgem. E a apenas 100.000 anos-luz de distância. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
17. Galáxia espiral Fireworks NGC 6946 com um jumper, que está localizado a uma distância de 22 milhões de anos-luz na constelação de Cygnus, na fronteira com Cepheus. (Foto da Reuters | NASA):
18. Uma nuvem de gás quente, com temperatura de muitos milhões de graus. Surgiu, provavelmente, como resultado de uma colisão entre uma galáxia anã e a galáxia muito maior NGC 1232, localizada na constelação de Eridanus. (Foto da Reuters | NASA):
19. Galáxia NGC 524 na constelação de Peixes. A luz de nós voará para lá por 90 milhões de anos. (Foto por Reuters | NASA | ESA | Hubble):
20. Nebulosa do Caranguejo - uma nebulosa gasosa na constelação de Touro, que é o remanescente de uma supernova. Localizada a uma distância de cerca de 6.500 anos-luz (2 kpc) da Terra, a nebulosa tem 11 anos-luz (3,4 pc) de diâmetro e está se expandindo a uma velocidade de cerca de 1.500 quilômetros por segundo. No centro da nebulosa está um pulsar (estrela de nêutrons), com 28-30 km de diâmetro. (Foto por Reuters | NASA | ESA):
Em 2009, o Telescópio Espacial Hubble, que está na órbita da Terra desde 1990, tirou imagens visíveis das galáxias mais distantes e antigas que os cientistas já observaram da Terra. Para visualizar galáxias tão distantes e, portanto, escuras (sua luminosidade é um milionésimo da luminosidade de um objeto que pode ser distinguido a olho nu), os cientistas coletaram luz da mesma região do céu por cerca de quatro dias.
Várias galáxias fotografadas dessa maneira se mostraram candidatas a galáxias de reionização.
Recordemos brevemente que a reionização ocorreu depois que as primeiras fontes de radiação apareceram no Universo primitivo, que explodiram uma espécie de "bolhas ionizadas" no gás neutro que as cercava, até que todas essas bolhas se fundiram e todo o espaço intergaláctico tornou-se novamente ionizado.
Este estado do meio intergaláctico persiste até hoje, porque por muitos bilhões de anos as galáxias têm brilhado continuamente.
Uma dessas galáxias, UDFy-38135539, que "se acendeu" cerca de 600 milhões de anos após o nascimento do universo, foi descoberta pelo telescópio Hubble em 2009. Para confirmar essa descoberta, foi necessário realizar observações espectroscópicas de alta qualidade para determinar o redshift z delas. Lembre-se que este parâmetro em astronomia caracteriza a distância de objetos distantes: z mostra a mudança no comprimento de onda da radiação do objeto como resultado da expansão do Universo.
Cálculos teóricos realizados pela equipe do Observatório Europeu do Sul (ESO) mostraram que com a ajuda de um dos maiores telescópios terrestres (localizado no Chile, o VLT do ESO), o espectrógrafo infravermelho SINFONI e com um grande tempo de observação, é possível fixar o brilho desta galáxia distante e determinar seu desvio para o vermelho. Por solicitação especial, um grupo de cientistas recebeu tempo no telescópio para observar UDFy-38135539.
Após dois meses de trabalho no telescópio, análise cuidadosa e verificação dos resultados, os cientistas chegaram à conclusão de que detectaram muito claramente a emissão tênue desta galáxia na linha do hidrogênio. O desvio para o vermelho do objeto acabou sendo de 8,6, o que corresponde a um ponto no tempo de 600 milhões de anos após o Big Bang.
Assim, atualmente, esta galáxia é o objeto astronômico mais distante que já foi observado por pessoas.
Antes disso, a galáxia mais distante era IOK-1 da constelação Coma Berenices, que tinha um desvio para o vermelho de 6,96. O objeto mais distante foi a explosão de raios gama GRB 090423 (a constelação de Leo) com z = 8,2.
Várias vezes os astrônomos já registraram objetos com um desvio para o vermelho de cerca de dez. Mas o tempo todo esses dados não resistiram à verificação observacional adicional. Agora o erro é praticamente excluído: um espectro de alta qualidade da galáxia UDFy-38135539 foi obtido.
“Medir o desvio para o vermelho das galáxias mais distantes é muito interessante por si só, mas as implicações astrofísicas disso são ainda mais importantes”, diz Nicole Neswedba, coautora do artigo publicado na Nature. “Agora sabemos com certeza que vimos uma das galáxias, que estava apenas começando a emergir da neblina que preenchia o Universo primitivo.”
“Provavelmente havia outras galáxias, mais fracas e menos massivas, que também ajudaram a tornar transparente o espaço ao redor da galáxia observada”, diz outro autor do trabalho, Mark Swinbank. “Sem essa ajuda extra, não teríamos conseguido localizar nosso objeto.”
Os cientistas também observam que estudar a era da reionização, quando as galáxias começaram a se formar, nos permite demonstrar as capacidades atuais dos telescópios.
O universo é enorme e fascinante. É difícil imaginar quão pequena a Terra é comparada ao abismo do espaço. De acordo com as suposições mais cautelosas dos astrônomos, existem 100 bilhões de galáxias, e a Via Láctea é apenas uma delas. Quanto à Terra, existem 17 bilhões desses planetas só na Via Láctea... e isso sem contar outros que são radicalmente diferentes do nosso planeta. E entre as galáxias que se tornaram conhecidas pelos cientistas hoje, existem algumas muito incomuns.
Messier 82 ou simplesmente M82 é uma galáxia cinco vezes mais brilhante que a Via Láctea. Isso se deve ao processo muito rápido de nascimento de estrelas jovens - elas aparecem 10 vezes mais do que em nossa galáxia. As plumas vermelhas que emanam do centro da galáxia são hidrogênio brilhante ejetado do centro de M82.
2. Galáxia Girassol
Formalmente conhecida como Messier 63, esta galáxia foi apelidada de Girassol porque parece ter saído de uma pintura de Vincent van Gogh. Suas "pétalas" brilhantes e sinuosas são compostas de estrelas gigantes azul-brancas recém-formadas.
MACS J0717 é uma das galáxias mais estranhas conhecidas pelos cientistas. Tecnicamente, este não é um único objeto estelar, mas um aglomerado de galáxias - MACS J0717 foi formado quando outras quatro galáxias colidiram. Além disso, o processo de colisão vem acontecendo há mais de 13 milhões de anos.
Se o Papai Noel tivesse uma galáxia favorita, seria claramente a Messier 74. É frequentemente lembrada pelos astrônomos durante as férias de Natal, porque a galáxia é muito semelhante à guirlanda de Natal.
Localizada a cerca de 12,2 bilhões de anos-luz da Terra, a galáxia do baby boom foi descoberta em 2008. Ela recebeu seu apelido devido ao fato de que novas estrelas nascem incrivelmente rápido nela - a cada 2 horas. Por exemplo, na Via Láctea nova estrela aparece em média a cada 36 dias.
Nossa Via Láctea (que contém sistema solar, e, consequentemente, a Terra) é de fato uma das galáxias mais notáveis conhecidas pelos cientistas no Universo. Ele contém pelo menos 100 bilhões de planetas e cerca de 200-400 bilhões de estrelas, algumas das quais estão entre as mais antigas do universo conhecido.
Graças ao aglomerado de galáxias IDCS 1426, hoje você pode ver o que o Universo costumava ser dois terços mais jovem do que é agora. O IDCS 1426 é o aglomerado de galáxias mais massivo do universo primitivo, com uma massa de cerca de 500 trilhões de sóis. O núcleo azul brilhante de uma galáxia de gás é o resultado de uma colisão de galáxias neste aglomerado.
A galáxia anã azul I Zwicky 18 é a galáxia mais jovem conhecida. Ela tem apenas 500 milhões de anos (a idade da Via Láctea é de 12 bilhões de anos) e está essencialmente no estado de um embrião. Esta é uma nuvem gigante de hidrogênio frio e hélio.
NGC 6744 é uma grande galáxia espiral que é (de acordo com os astrônomos) uma das mais semelhantes à nossa Via Láctea. Uma galáxia localizada a cerca de 30 milhões de anos-luz da Terra tem via Láctea núcleo alongado e braços espirais.
A galáxia, conhecida como NGC 6872, é a segunda maior galáxia espiral já descoberta pelos cientistas. Muitas regiões de formação estelar ativa foram encontradas nele. Como a NGC 6872 praticamente não tem hidrogênio livre para a formação de estrelas, ela o "suga" da galáxia vizinha IC 4970.
Encontrada a 4,3 bilhões de anos-luz da Terra, a galáxia MACS J0416 se parece mais com algum tipo de show de luzes em uma discoteca chique. De fato, por trás das cores púrpura e rosa brilhante está um evento de proporções colossais - uma colisão de dois aglomerados de galáxias.
Embora forças gravitacionais atrair a maioria das galáxias entre si, não há evidências de que isso aconteça com as vizinhas Messier 60 e NGC 4647. Também não há evidências de que elas estejam se afastando uma da outra. Como um casal que vive junto há muito tempo, essas duas galáxias correm lado a lado pelo espaço frio e escuro.
Localizada perto de Messier 25, Messier 81 é uma galáxia espiral com um buraco negro supermassivo no centro, com uma massa 70 milhões de vezes a do Sol. M81 é o lar de muitas estrelas azuis de curta duração, mas muito quentes. A interação gravitacional com M82 levou a plumas de gás hidrogênio se estendendo entre as duas galáxias.
Cerca de 600 milhões de anos atrás, as galáxias NGC 4038 e NGC 4039 colidiram uma com a outra, começando a trocar massivamente estrelas e matéria galáctica. por causa de aparência essas galáxias são chamadas de antenas.
A Galáxia do Sombrero é uma das mais populares entre os astrônomos amadores. Recebeu o nome do fato de que, graças ao seu núcleo brilhante e grande protuberância central, se parece com este cocar.
Esta galáxia borrada em todas as imagens é conhecida sob o nome bastante complicado 2MASX J16270254 + 4328340. Como resultado da fusão das duas galáxias, uma "neblina fina composta por milhões de estrelas" foi formada. Acredita-se que essa "névoa" esteja se dissipando lentamente à medida que a vida útil da galáxia expira.
Esta foto mostra a nebulosa NGC 604, localizada em um dos braços espirais da galáxia Messier 33. Mais de 200 estrelas muito quentes aquecem o hidrogênio ionizado nesta nebulosa, fazendo-a fluorescer.
NGC 2685, também chamada de galáxia espiral, fica na constelação da Ursa Maior. Uma das primeiras galáxias de anel polar a ser encontrada, NGC 2685 tem um anel externo de gás e estrelas orbitando os pólos da galáxia, tornando-a uma das galáxias mais raras. Os cientistas ainda não sabem o que causa a formação desses anéis polares.
Messier 94 parece um terrível furacão que foi removido da órbita da Terra. Esta galáxia é cercada por anéis azuis brilhantes de estrelas em formação ativa.
Formalmente conhecida como Abell 2744, esta galáxia foi apelidada de Aglomerado de Pandora devido a uma série de fenômenos estranhos resultantes da colisão de vários aglomerados menores de galáxias. É um verdadeiro caos.
O que mais parece um bolo de aniversário colorido nas fotos é uma galáxia irregular na constelação de Centaurus. É notável pelo fato de emitir raios-X superpoderosos.
A Galáxia do Redemoinho, oficialmente conhecida como M51a ou NGC 5194, é grande o suficiente e próxima o suficiente da Via Láctea para ser visível no céu noturno mesmo com binóculos. Foi a primeira galáxia espiral a ser classificada e é de particular interesse para os cientistas devido à sua interação com a galáxia anã NGC 5195.
O aglomerado de galáxias SDSS J1038+4849 é um dos aglomerados mais atraentes já encontrados pelos astrônomos. Parece um smiley real no espaço. Os olhos e o nariz são galáxias, e a linha curva da "boca" se deve aos efeitos das lentes gravitacionais.
Embora essas duas galáxias pareçam estar colidindo, isso é na verdade uma ilusão de ótica. Há dezenas de milhões de anos-luz entre eles.
