Sådan fungerer galakser

Når du kigger op på nattehimlen, især om sommeren, vil du se et svagt stjernebånd spredt ud over hele midten af ​​himlen. Dette stjernebånd er vores galakse , Mælkevejen. Solen er blot en af ​​omkring 200 milliarder stjerner i Mælkevejen, som kun er en af ​​de milliarder af galakser i universet. En galakse er et stort stjernesystem, gas (for det meste hydrogen), støv og mørkt stof, der kredser om et fælles center og er bundet sammen af ​​tyngdekraften - de er blevet beskrevet som "ø -universer." Galakser findes i mange størrelser og former. Vi ved, at de er meget gamle og dannet tidligt i universets udvikling. Men hvordan de dannede og udviklede sig til deres forskellige former er stadig et mysterium.

Når astronomer ser ind i de dybeste områder af universet med kraftfulde teleskoper, de ser utallige galakser. Galakserne er langt væk fra hinanden og bevæger sig konstant væk fra hinanden, efterhånden som vores univers udvider sig. Desuden, galakser er organiseret i store klynger og andre strukturer, som kan have vigtige konsekvenser for den overordnede struktur, universets dannelse og skæbne.

Nogle galakser, hedder aktive galakser , udsender enorme mængder energi i form af stråling. De kan have eksotiske strukturer såsom supermassive sorte huller i deres centre. Aktive galakser repræsenterer et vigtigt område inden for astronomisk forskning.

I denne artikel, vi finder ud af, hvordan galakser blev opdaget, og hvilke typer der findes, hvad de er lavet af, deres interne strukturer, hvordan de dannes og udvikler sig, hvordan de er fordelt over universet, og hvordan aktive galakser kan udsende så meget energi.

Astronomer (professionelle eller amatører) kan måle en stjernes lysstyrke (mængden af ​​lys, den udsender) ved at bruge en fotometer eller ladningskoblet enhed på enden af ​​et teleskop. Hvis de kender stjernens lysstyrke og afstanden til stjernen, de kan beregne dens lysstyrke - mængden af ​​energi, den udsender ( lysstyrke =lysstyrke x 12,57 x (afstand) ² ). Omvendt hvis du kender en stjernes lysstyrke, du kan beregne dens afstand.

1. Galaxy typer og dele
2. Galaksernes historie
3. Galaxy Formation
4. Galaxy Distribution
5. Aktive galakser

Galaxy typer og dele

Galakser findes i forskellige størrelser og former. De kan have så få som 10 millioner stjerner eller så mange som 10 billioner (Mælkevejen har omkring 200 milliarder stjerner). I 1936, Edwin Hubble klassificerede galakseformer i Hubble -sekvens .

1. Elliptisk: Disse har en svag, afrundet form, men de er blottet for gas og støv, uden synlige lyse stjerner eller spiralmønstre. Det har de heller ikke galaktiske diske , som vi vil lære mere om herunder. Deres klassificering varierer fra E0 (cirkulær) til E7 (mest elliptisk). Elliptiske galakser udgør sandsynligvis omkring 60 procent af galakser i universet. De viser stor variation i størrelse - de fleste er små (ca. 1 procent af mælkevejens diameter), men nogle er cirka fem gange større end Mælkevejens diameter.
2. Spiralformet: Mælkevejen er en af ​​de større spiralgalakser. De er lyse og tydeligt skiveformede, med varm gas, støv og lyse stjerner i spiralarmene. Fordi spiralgalakser er lyse, de udgør de fleste af de synlige galakser, men de menes kun at udgøre omkring 20 procent af galakserne i universet. Spiralgalakser er opdelt i disse kategorier: S0: Lidt gas og støv, uden lyse spiralarme og få lyse stjerner Normal spiral: Tydelig diskform med lyse centre og veldefinerede spiralarme. Sa galakser har store nukleare buler og tæt viklede spiralarme, mens Sc galakser har små buler og løst sårede arme . Spærret spiral: Tydelig diskform med langstrakt, lyse centre og veldefinerede spiralarme. SBa galakser har store nukleare buler og tæt viklede spiralarme, mens SBc galakser har små buler og løst sårede arme (nyere bevis tyder på, at Mælkevejen er en SBc -galakse).
3. Uregelmæssig: Disse er små, svage galakser med store skyer af gas og støv, men ingen spiralarme eller lyse centre. Uregelmæssige galakser indeholder en blanding af gamle og nye stjerner og har en tendens til at være små, omkring 1 procent til 25 procent af Mælkevejens diameter.

Hvad er dele af en galakse?

Spiralgalakser har de mest komplekse strukturer. Her er en visning af Mælkevejen, som den ville se ud udefra.

1. Galaktisk disk: De fleste af Mælkevejens mere end 200 milliarder stjerner er placeret her. Selve disken er opdelt i disse dele: Kerne: Midten af ​​disken Bule: Området omkring kernen, herunder de umiddelbare områder over og under diskens plan Spiralarme: Disse strækker sig udad fra midten. Vores solsystem er placeret i en af ​​Mælkevejens spiralarme.
2. Kuglehobe: Et par hundrede af disse er spredt over og under disken. Stjernerne her er meget ældre end dem i den galaktiske disk.
3. Glorie: En stor, svag, område, der omgiver hele galaksen. Den er lavet af varm gas og muligvis mørkt stof.

Alle disse komponenter kredser om kernen og holdes sammen af ​​tyngdekraften. Fordi tyngdekraften afhænger af masse, du tror måske, at det meste af en galakses masse vil ligge i den galaktiske disk eller nær midten af ​​disken. Imidlertid, ved at studere Mælkevejens og andre galakseres rotationskurver, astronomer har konkluderet, at det meste af massen ligger i de ydre dele af galaksen (som glorie), hvor der er lidt lys, der afgives fra stjerner eller gasser.

På den næste side, vi tager en tur gennem galaksernes historie.

Galaksernes historie

Lad os se på galaksernes historie i astronomi.

1. Grækerne opfandt udtrykket "galaxies kuklos" for "mælkeagtig cirkel", når de beskrev Mælkevejen. Mælkevejen var et svagt lysbånd, men de anede ikke, hvad det var sammensat af.
2. Da Galileo kiggede på Mælkevejen med det første teleskop, han fastslog, at den bestod af mange stjerner.
3. Vi har i århundreder vidst, at vores solsystem var placeret inden for Mælkevejen, fordi Mælkevejen omgiver os. Vi kan se det hele året i alle dele af himlen, men det er lysere om sommeren, når vi ser på midten af ​​galaksen. Imidlertid, til astronomer i det 18. århundrede og tidligere, det var ikke klart, at Mælkevejen var en galakse og ikke kun en fordeling af stjerner.
4. I slutningen af ​​1700 -tallet, astronomerne William og Caroline Herschel kortlagde afstandene til stjerner i mange retninger. De fastslog, at Mælkevejen var en disklignende stjernesky med solen nær midten.
5. I 1781, Charles Messier katalogiserede forskellige stjernetåger (svage lyspletter) i hele himlen og klassificerede flere af dem som spiraltåger.
6. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede, astronom Harlow Målte fordelagtigt fordelingen og placeringen af ​​kugleformede stjerneklynger. Han fastslog, at midten af ​​Mælkevejen var 28, 000 lysår fra Jorden, nær stjernebillederne Skytten og Skorpionen, og at midten var en bule, frem for et fladt område.
7. Shapely argumenterede senere for, at de spiraltåger, Messier opdagede, var "ø -universer" eller galakser (bibeholdt den græske formulering). Imidlertid, en anden astronom ved navn Heber Curtis hævdede, at spiraltåger blot var en del af Mælkevejen. Debatten rasede i årevis, fordi astronomer havde brug for større, mere magtfuld, teleskoper for at løse detaljerne.
8. I 1924, Edwin Hubble afgjorde debatten. Han brugte et stort teleskop (100 tommer i diameter, større end dem, der var tilgængelige for Shapely og Curtis) ved Mount Wilson i Californien og besluttede, at spiraltågerne havde struktur og stjerner kaldet Cepheid -variabler , som dem i Mælkevejen. (Disse stjerner ændrer deres lysstyrke regelmæssigt, og lysstyrken er direkte relateret til perioden for deres lysstyrkecyklus.) Hubble brugte Cepheid -variablenes lyskurver til at måle deres afstande fra Jorden og fandt ud af, at de var meget længere væk end Mælkevejens kendte grænser. Derfor, disse spiraltåger var faktisk andre galakser uden for vores egen.

Der er stadig mange mysterier omkring galaksedannelse, men på den næste side forklarer vi nogle af de bedste teorier om det.

Galakser er langt fra hinanden. Andromeda -galaksen, som også kaldes M31 (Messier -objekt #31), er den nærmeste galakse til os - 2,2 millioner lysår væk. Astronomer måler normalt intergalaktiske afstande i form af megaparsek:

en parsek =3,26 lysår

en million parsek =en megaparsek

en megaparsek (Mpc) =3,26 millioner lysår

De længst synlige galakser er cirka 3, 000 Mpc væk, eller omkring 10 milliarder lysår.

Galaxy Formation

Vi ved virkelig ikke, hvordan forskellige galakser dannede sig og tog de mange former, som vi ser i dag. Men vi har nogle ideer om deres oprindelse og udvikling.

• Kort efter big bang for omkring 14 milliarder år siden, kollapsende gas- og støvskyer kan have ført til dannelse af galakser.
• Interaktioner mellem galakser, specifikt sammenstød mellem galakser, spiller en vigtig rolle i deres udvikling.

Lad os se på perioden med dannelse af galakser.

Edwin Hubbles observationer, og efterfølgende Hubble lov (som vi forklarer senere), førte til ideen om, at universet udvider sig. Vi kan estimere universets alder baseret på ekspansionshastigheden. Fordi nogle galakser er milliarder af lysår væk fra os, vi kan se, at de dannede sig ret hurtigt efter big bang (når du ser dybere ud i rummet, du ser længere tilbage i tiden). De fleste galakser blev dannet tidligt, men data fra NASAs Galaxy Explorer (GALEX) teleskop indikerer, at nogle nye galakser er dannet relativt for nylig - inden for de sidste par milliarder år.

De fleste teorier om det tidlige univers gør to antagelser:

1. Den var fyldt med brint og helium.
2. Nogle områder var lidt tættere end andre.

Ud fra disse antagelser, astronomer mener, at de tættere områder bremsede ekspansionen lidt, tillader gas at akkumulere i lille protogalaktiske skyer . I disse skyer, tyngdekraften fik gassen og støvet til at kollapse og danne stjerner. Disse stjerner brændte hurtigt ud og blev til kuglehobe, men tyngdekraften fortsatte med at kollapse skyerne. Da skyerne kollapsede, de dannede roterende diske. De roterende diske tiltrak mere gas og støv med tyngdekraften og dannede galaktiske diske. Inde i den galaktiske disk, nye stjerner blev dannet. Det, der blev tilbage i udkanten af ​​den oprindelige sky, var kuglehobe og glorie sammensat af gas, støv og mørkt stof.

To faktorer fra denne proces kan forklare forskellene mellem elliptiske og spiralgalakser:

• Vinkelmoment (drejningsgrad) - Protogalaktiske skyer med mere vinkelmoment kunne snurre hurtigere og fra spiralskiver. Langsomt roterende skyer kunne have dannet elliptiske galakser.
• Køling: Højdensitets protogalaktiske skyer afkøles hurtigere, bruger al gas og støv til at danne stjerner og efterlader ingen til at lave en galaktisk disk (det er derfor elliptiske galakser ikke har diske). Lavdensitets protogalaktiske skyer køler langsommere, efterlader gas og støv til diskdannelse (som i spiralgalakser).

Galakser handler ikke alene. Afstandene mellem galakser virker store, men galaksernes diametre er også store. Sammenlignet med stjerner, galakser er relativt tæt på hinanden. De kan interagere og vigtigere, kollidere. Når galakser støder sammen, de passerer faktisk gennem hinanden - stjernerne indeni løber ikke ind i hinanden på grund af de enorme interstellare afstande. Men kollisioner har en tendens til at forvrænge en galakses form. Computermodeller viser, at kollisioner mellem spiralgalakser har en tendens til at lave elliptiske galakser (så, spiralgalakser har sandsynligvis ikke været involveret i nogen kollisioner). Forskere vurderer, at så mange som halvdelen af ​​alle galakser har været involveret i en slags kollision.

Gravitationsinteraktioner mellem kolliderende galakser kan forårsage flere ting:

• Nye bølger af stjernedannelse
• Supernovaer
• Stjernekollaps, der danner de sorte huller eller supermassive sorte huller i aktive galakser

Så, flyder galakser bare rundt i rummet eller regulerer en uset kraft deres bevægelse? Og hvad sker der, når de støder på hinanden? Find ud af det på den næste side.

Galaxy Distribution

Galakser er ikke tilfældigt fordelt i universet - de har en tendens til at eksistere i galaktiske klynger . Galakserne i disse klynger er bundet sammen gravitationsmæssigt og påvirker hinanden.

• Rige klynger indeholder 1, 000 eller flere galakser. Jomfruens superklynge, for eksempel, indeholder mere end 2, 500 galakser og ligger omkring 55 millioner lysår fra Jorden.
• Dårlige klynger indeholder mindre end 1, 000 galakser. Mælkevejen og Andromeda -galaksen (M31) er de vigtigste medlemmer af Lokal gruppe , som indeholder 50 galakser.

Da astronomerne Margaret Geller og Emilio E. Falco afbildede positionerne for galakser og galaktiske klynger i universet, det blev klart, at galaktiske klynger og superklynger ikke er tilfældigt fordelt. De er faktisk klumpet sammen vægge (lange filamenter) ispedd hulrum , som giver universet en spindelvævslignende struktur.

Det intergalaktisk medium - rummet mellem galakser og klynger af galakser- er ikke helt tomt. Vi kender ikke det intergalaktiske medis nøjagtige karakter, men den indeholder sandsynligvis en relativt lille gasdensitet. Det meste af det intergalaktiske medium er koldt (ca. 2 grader Kelvin), men nylige røntgenobservationer tyder på, at nogle områder af det er varme (millioner af grader Kelvin) og rige på metaller. Et af de aktive områder inden for astronomisk forskning i dag er rettet mod at bestemme arten af ​​det intergalaktiske medium - det kan hjælpe os med at finde ud af, hvordan universet begyndte, og hvordan galakser dannes og udvikler sig.

Lad os se på en sidste egenskab vedrørende galakser og deres distributioner. For sine målinger af galaktiske afstande, Edwin Hubble studerede de lysspektre, som galakser udsender. I alle tilfælde, han bemærkede, at spektrene var Doppler-skiftet til den røde ende af spektret. Dette indikerer, at objektet bevæger sig væk fra os. Hubble lagde mærke til, at uanset hvor han så, galakser bevæger sig væk fra os. Og jo længere galaksen er, jo hurtigere bevægede det sig væk. I 1929, Hubble offentliggjorde en graf over dette forhold, som er blevet kendt som Hubbles lov .

Matematisk, Hubbles lov siger, at recessionens hastighed (V) er direkte proportional med galaktisk afstand (d). Ligningen er V =Hd , hvor H er Hubble konstant , eller proportionalitetskonstant. Det mest aktuelle estimat af H er 70 kilometer i sekundet pr. Megaparsek. Hubbles lov er et vigtigt bevis på, at universet ekspanderer - hans arbejde dannede grundlaget for big bang -teorien om universets oprindelse.

Nogle galakser spyder gasser, udsender intens lys og har supermassive sorte huller i deres centre. Vi lærer næste gang om aktive galakser.

Ligesom den høje lyd fra en brandbil-sirene bliver lavere, når lastbilen bevæger sig væk, stjernens bevægelse påvirker lysets bølgelængder, som vi modtager fra dem. Dette fænomen kaldes Doppler -effekten. Vi kan måle Doppler -effekten ved at måle linjer i en stjernes spektrum og sammenligne dem med spektret af en standardlampe. Mængden af ​​Doppler -skift fortæller os, hvor hurtigt stjernen bevæger sig i forhold til os. Ud over, retningen af ​​Doppler -skiftet kan fortælle os retningen for stjernens bevægelse. Hvis en stjernes spektrum flyttes til den blå ende, stjernen bevæger sig mod os; hvis spektret flyttes til den røde ende, stjernen bevæger sig væk fra os.

Aktive galakser

Når man ser på en normal galakse, det meste af lyset kommer fra stjernerne i synlige bølgelængder og er jævnt fordelt i hele galaksen. Imidlertid, hvis du observerer nogle galakser, du vil se intens lys komme fra deres kerner. Og hvis du ser på de samme galakser i røntgenstrålen, ultraviolet, infrarød og radiobølgelængder, de ser ud til at afgive enorme mængder energi, tilsyneladende fra kernen. Disse er aktive galakser , som repræsenterer en meget lille procentdel af alle galakser. Der er fire klassifikationer af aktiv galakse, men den type, vi observerer, afhænger måske mere af vores betragtningsvinkel end strukturelle forskelle.

• Seyfert galakser
• Radiogalakser
• Kvasarer
• Blazars

For at forklare aktive galakser, forskere skal kunne forklare, hvordan de udsender så store mængder energi fra så små områder af de galaktiske kerner. Den mest accepterede hypotese er, at i midten af ​​hver af disse galakser er et massivt eller supermassivt sort hul. Omkring det sorte hul er et akkretionsdisk af hurtigt roterende gas, der er omgivet af en torus (en doughnut-formet skive af gas og støv). Da materialet fra akkretionsskiven falder ned i området omkring det sorte hul ( begivenhedshorisont ), det varmer op til millioner af grader Kelvin og accelereres udad i jetflyene.

Seyfert galakser

Opdaget af Carl Seyfert i 1943, disse galakser (2 procent af alle spiralgalakser) har brede spektre, der angiver kerner af varme, ioniseret gas med lav densitet. Kerneerne i disse galakser ændrer lysstyrke hvert par uger, så vi ved, at objekterne i midten skal være relativt små (omtrent på størrelse med et solsystem). Brug af Doppler -skift, astronomer har bemærket, at hastigheder i midten af ​​Seyfert -galakser er omkring 30 gange større end normale galakser.

Radiogalakser

Radiogalakser er elliptiske (0,01 procent af alle galakser er radiogalakser). Deres kerner udsender stråler af højhastighedsgas (nær lysets hastighed) over og under galaksen-strålerne interagerer med magnetfelter og udsender radiosignaler.

Kvasarer (kvasi-stjernede objekter)

Kvasarer blev opdaget i begyndelsen af ​​1960'erne. Omkring 13, 000 er blevet opdaget, men der kan være op til 100, 000 derude [kilde:A Review of the Universe]. De er milliarder af lysår væk fra Mælkevejen og er de mest energiske objekter i universet. Kvasars ekstreme lysstyrke kan svinge i løbet af dagslange perioder, hvilket indikerer, at energien kommer fra et meget lille område. Der er fundet tusindvis af kvasarer, og de menes at stamme fra kernerne i fjerne galakser.

Blazars

Blazars er en type aktiv galakse - omkring 1, 000 er blevet katalogiseret [kilde:A Review of the Universe]. Fra vores synspunkt, vi kigger "frontalt" på den jet, der kommer fra galaksen. Ligesom kvasarer, deres lysstyrke kan svinge hurtigt - nogle gange på mindre end en dag.

Tag et kig på linkene på den næste side for mere information om galakser.

De fleste galakser har lave mængder af ny stjernedannelse - cirka en om året. Imidlertid, stjerneskud galakser producere mere end 100 om året. I dette tempo, stjerneudbrud galakser opbruger al deres gas og støv i omkring 100 millioner år, hvilket er kort i forhold til de milliarder af år, som de fleste galakser har eksisteret. Starburst -galakser udsender deres intense lys fra et lille område af nydannede stjerner og supernovaer. Så, astronomer tror, ​​at stjernegruppegalakser repræsenterer en kort fase i, hvordan galakser ændrer sig og udvikler sig, måske et stadium, før han blev en aktiv galakse.

Oprindeligt udgivet:7. feb. 2008

Ofte stillede spørgsmål om Galaxy

Hvor mange galakser er der?

Hvad er en galakse?

Hvilken galakse lever vi i?

Hvor mange stjerner er der i en galakse?

Hvad er de tre typer galakser?

Masser mere information

HowStuffWorks artikler

• Er der et hul i universet?
• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer solen
• Sådan fungerer Jorden
• Sådan fungerer Dark Matter
• Sådan fungerer sorte huller
• Sådan fungerer lys
• Sådan fungerer teleskoper
• Sådan fungerer rumteleskopet Hubble
• Hvordan Lunar Liquid Mirror Telescopes fungerer
• Hvis du skulle flytte alt sagen i universet ind i et hjørne, hvor meget plads ville det tage?

Flere store links

• Galaxy Evolution Explorer
• Hvad er galakser?
• Aktive galakser og kvasarer

Kilder

• Et kort over Mælkevejen. http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
• En gennemgang af universet - strukturer, Evolutioner, Observationer, og teorier. http://universe-review.ca/F05-galaxy.htm
• En lærerguide til universet. http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html.
• Bennett, J et al. "Det kosmiske perspektiv (tredje udgave)." Pearson, 2004.
• Chandra røntgenobservatorium-X-ray Astronomy Field Guide, Starburst Galaxies. http://chandra.harvard.edu/xray_sources/starburst.html
• Galaxy Classification and Evolution Lab. http://cosmos.phy.tufts.edu/~zirbel/laboratories/Galaxies.pdf
• Henry, J. Patrick et al. "Udviklingen af ​​Galaxy -klynger." Videnskabelig amerikansk, December 1998. http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
• NASA Forestil dig universet, "Galaxiernes skjulte liv". http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
• NASA Forestil dig universet, Aktive galakser og kvasarer. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/active_galaxies.html
• NASA Forestil dig universet, Plakaten The Hidden Lives of Galaxies. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/poster.jpg
• NASA/JPL Galaxy Evolution Explorer (GALEX). http://www.galex.caltech.edu/
• NASA/JPL GALEX. Galakser og UV. http://www.galex.caltech.edu/SCIENCE/science.html
• Videnskab @NASA. Hvad er galakser? Hvordan dannes og udvikler de sig? http://science.hq.nasa.gov/universe/science/galaxies.html
• SEDS.org, Galakser. http://www.seds.org/messier/galaxy.html
• Frø, MA. "Stars &Galaxies (anden udgave)." Brooks/Cole, 2001.
• Stephens, S. "Galaxy Sorting Handout." http://www-tc.pbs.org/seeinginthedark/pdfs/galaxy_sorting_handout.pdf
• University of Washington Astronomy Department. Foredrag "" Galakser:Klassificering, Dannelse, og evolution. "http://www.astro.washington.edu/larson/Astro101/LecturesBennett/Galaxies/galaxies.html
• Windows til universet, Galakser.http://www.windows.ucar.edu/cgi-bin/tour.cgi-link=/the_universe/Galaxy.html&sw=false&sn=1&d=/the_universe&edu=high&br=graphic&back=/pluto/pluto.html&cd=false&fr =f &tour =
• WMAP Cosmology 101:Hvad er universet lavet af? http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html