Warto przeczytać

Od początku odkrycia i poznania galaktyk ich budowę wiązano ze sposobem ich powstawania. Na początku XX wieku powszechny stał się podział morfologicznypodział morfologicznypodział morfologiczny galaktyk stworzony według Hubble’a. Dzielił on na podstawie swoich obserwacji galaktyki na eliptyczne i spiralne z poprzeczką lub bez poprzeczki (Rys. 1.).

R14b1D7N26bLt

Rys. 1. Ilustracja prezentuje diagram Hubble’a, który przedstawia morfologiczny podział galaktyk. Diagram narysowany jest w postaci poziomej czarnej linii, która biegnie w prawą stronę i rozdziela się na dwie gałęzie, górną oraz dolną. Na linii zaznaczone są symbole opisujące typ galaktyki. Nad symbolami znajdują się zdjęcia przedstawiające konkretny typ skupiska gwiazd. Najbardziej po lewej stronie widoczny jest symbol galaktyki oznaczony wielką literą E i cyfrą zero. Jest to galaktyka eliptyczna. Nad symbolem widoczne jest zdjęcie, które przedstawia jasny punkt i jasną poświatę wokół niego. Galaktyka widoczna jest na tle czarnej przestrzeni kosmicznej. Po prawej stronie od galaktyki oznaczonej wielką literą E i cyfrą zero, widoczna jest galaktyka opisana wielką literą E i cyfrą siedem. Jest to również galaktyka eliptyczna. Zdjęcie obrazujące galaktykę oznaczoną wielką literą E i cyfra siedem, przedstawia jasny, poziomy dysk z białym środkiem. Kolejna galaktyka widoczna po prawej stronie to skupiska gwiazd opisane wielką literą S i cyfrą zero. Jest to galaktyka soczewkowa. Do galaktyki oznaczonej wielką literą S i cyfrą zero, przyporządkowano zdjęcie prezentujące pochylony w lewo jasny dysk. Obok galaktyki oznaczonej wielką literą S i cyfrą zero, widoczne jest rozgałęzienie biegnące w prawo i w górę oraz w prawo i w dół. Rozgałęzienie to symbolizuje możliwość ewolucji galaktyki soczewkowej w kolejne typy galaktyk spiralne lub galaktyki spiralne z poprzeczką. Górne ramię diagramu opisuje ewolucję galaktyk spiralnych. Rozgałęzienie to opisuje trzy typy galaktyk soczewkowych. Najbardziej po lewej stronie widoczna jest galaktyka opisana wielką literą S i małą literą a. Do tego typu galaktyki przyporządkowano zdjęcie przedstawiające jasny, zbity dysk, który jest pochylony w lewo. Następnie po prawej stronie widoczny jest typ galaktyk opisany wielką literą S i małą literą a. Galaktyki te przedstawione są jako jasny dysk pochylony w prawo z wyraźnie jaśniejszym środkiem i szarymi brzegami. Ostatni po prawej stronie, widoczny jest typ galaktyk opisany wielką literą S i małą literą e. Zdjęcie przyporządkowane do tego typu galaktyk przedstawia wirujący obłok o jasnym środku i wirującymi jasnoszarymi ramionami. Na zdjęciu ramiona galaktyki wirują w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Dolna część rozgałęzienia diagramu przedstawia ewolucję w kierunku galaktyk spiralnych z poprzeczką. Pierwszy po lewej stronie widoczny jest typ galaktyk opisany wielkimi literami SB i małą literą a. Do oznaczenia przyporządkowane zostało zdjęcie, na którym widoczny jest jasny dysk pochylony w lewo z wyraźnie jaśniejszym środkiem. Środek galaktyki widoczny jest w postaci jasnego punktu, którego średnica jest większa niż krótka oś dysku. Po prawej stronie widoczny jest typ galaktyk opisany wielkimi literami SB i małą literą b. Zdjęcie przedstawiające ten typ galaktyk, prezentuje spiralę o jasnym środku i szarych brzegach. Od środka galaktyki rozchodzą się dwa wirujące, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ramiona. Ostatni po prawej stronie w dolnym rozgałęzieniu jest typ galaktyk oznaczony wielkimi literami SB i małą literą e. Do tego typu galaktyk przyporządkowano zdjęcie przedstawiające jasny punkt jako centrum skupiska układów gwiezdnych. Wokół centrum widoczne są cienkie i szare ramiona wirujące w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Z kolejnymi odkryciami rozszerzano ten diagram, między innymi wprowadzając galaktyki nieregularne oznaczane skrótem Irr. Do dnia dzisiejszego galaktyki eliptyczne nazywa się galaktykami późnego typu, natomiast galaktyki spiralne wczesnych typów morfologicznych. Wiąże się to z faktem, że w ramionach spiralnych galaktyk zachodzi bardzo silny proces gwiazdotwórczy i w tych regionach dominują gwiazdy młode. W galaktykach eliptycznych nie ma jasno określonego regionu gwiazdotwórczego, a galaktyki te składają się ze starszych gwiazd. Galaktyki spiralne są mniejsze niż galaktyki eliptyczne.

Z puntu widzenia współczesnych praw fizyki niemożliwe jest, aby z pojedynczej galaktyki spiralnej powstała galaktyka eliptyczna lub też odwrotnie. Dlatego też początkowe przypuszczenia, że kształt diagramu Hubble’a odpowiada ewolucji galaktyk zostały obalone. Zaczęto zastanawiać się, w jaki sposób w przestrzeni kosmicznej powstają tak różnorodne ogromne obiekty.

Hipoteza wielkiego obłoku

Zgodnie z hipotezą Larsona, o powstaniu galaktyk spiralnych lub eliptycznych decyduje tempo tworzenia się gwiazd w trakcie zapadania się obłoku protogalaktycznego (Rys. 2). Zgodnie z tym pomysłem galaktyki spiralne powstają, gdy rotujący zapadający się obłok protogalaktyczny pozostaje w większości w formie gazu. Gwiazdy powstają głównie w już wytworzonym dysku galaktycznym. Natomiast galaktyki eliptyczne tworzą się, gdy w już zapadającym się dysku tworzą się gwiazdy i proto dysk przestaje się zapadać tworząc kształt sferoidalny lub elipsoidalny, bez jasno zarysowanej płaszczyzny dysku.

RA9ZKkKJDJjx4

Rys. 2. Ilustracja przedstawia dwa schematy powstawania galaktyk. Schematy widoczne są w postaci poziomych ciągów rysunków, widocznych jeden nad drugim. Górny ciąg rysunków przedstawia schematycznie powstawanie galaktyki spiralnej. Po lewej stronie widoczny jest okrąg i pionowa oś przechodząca przez jego środek. Oś skierowana jest w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Prędkość kątowa obrotu opisana jest wielką grecką literą omega. Po prawej stronie od okręgu widoczny jest okrąg narysowany w płaszczyźnie poziomej. Przez środek okręgu również przechodzi pionowa oś skierowana w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Z obwodu okręgu wychodzą czarne strzałki skierowane do pionowej osi. Następnie, po prawej stronie widoczna jest pionowa oś skierowana w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W połowie wysokości osi widoczny jest poziomy, czarny odcinek. Ostatni po prawej stornie rysunek przedstawia pionową oś skierowaną w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W połowie wysokości osi widocznych jest sześć czarnych gwiazdek układających się na linii poziomej. Dolny ciąg rysunków przedstawia ewolucję galaktyki eliptycznej. Po lewej stronie widoczny jest okrąg i pionowa oś przechodząca przez jego środek. Oś skierowana jest w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Prędkość kątowa obrotu opisana jest dużą grecką literą omega. Po prawej stronie od okręgu widoczny jest okrąg narysowany w płaszczyźnie poziomej. Przez środek okręgu również przechodzi pionowa oś skierowana w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Na obwodzie okręgu widocznych jest osiem czarnych gwiazdek równo odległych od siebie. Z każdej gwiazdki wychodzi czarna strzałka skierowana do osi. Następnie, po prawej stronie widoczna jest pionowa oś skierowana w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W połowie wysokości osi widocznych jest sześć czarnych gwiazdek układających się na linii poziomej. Z każdej gwiazdki wychodzi czarna strzałka. Co druga strzałka skierowana jest w górę i nieco w prawo lub w lewo. Pozostałe strzałki skierowane są w dół i nieco w prawo lub w lewo. Ostatni po prawej stornie rysunek przedstawia pionową oś skierowaną w górę. Wokół górnej części osi widoczny jest łuk symbolizujący obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Mniej więcej w połowie wysokości osi widoczne są czarne gwiazdki, które tworzą poziomy kształt. Gwiazdki rozrzucone są w kierunku pionowym.

Hipoteza łączenia się obłoków

Druga hipoteza powstawania galaktyk mówi o tym, że niewielkie obłoki gazowe łączą się ze sobą. Podczas łączenia, skupiska gazu zaczynają krążyć wokół wspólnego środka masy. Następnie hipoteza ta jest podobna do hipotezy dużego obłoku. Jeżeli w małych skupiskach gazu były już wytworzone gwiazdy, to tworzyły się galaktyki eliptyczne, jeśli jednak skupiska składały się głównie z gazu, to łączyły się one ze sobą i wirując wokół środka ciężkości układu wytwarzały dysk.

Astronomowie nadal wnikliwie badają galaktyki. Jednak nadal nie znany jest dokładny proces ich powstawania. Obserwacje wskazują, że bardziej prawdopodobny jest schemat łączenia się mniejszych skupisk gazu. Wynika to z faktu, że obserwowanych jest więcej niewielkich galaktyk oraz grup i gromad galaktyk powiązanych grawitacyjnie.

Współczesne obserwacje galaktyk i analiza ich rozkładu w przestrzeni sugerują, że:

1. Galaktyki eliptyczne powstają w gęstszych obszarach, gdzie zapadanie się obłoków jest zakłócane obecnością już wytworzonych galaktyk oraz obecnością gwiazd. W procesie powstawania tego typu galaktyk cały czas powstają zaburzenia uniemożliwiające powstanie dysku galaktycznego.

2. Galaktyki spiralne powstają w mniej gęstych regionach, w których zapadanie się obłoku i wytworzenie dysku nie jest zakłócone. W takim regionie kosmosu niezaburzony obłok spokojnie może wytworzyć dysk.

3. Galaktyki nieregularne (Irr) mogą powstawać z połączenia mniejszych protogalaktyk. Są obiektami o nieregularnej budowie morfologicznej.  Wirują wokół własnych osi, podobnie do klasycznych spiral, ale nie można w nich wyróżnić ani jądra, ani charakterystycznych struktur spiralnych.  Obserwujemy również galaktyki nieregularne w pełnym tego słowa znaczeniu.  Stanowią one zaledwie parę procent wszystkich galaktyk. Są to obiekty o amorficznym wyglądzie, zazwyczaj niewielkich rozmiarów, ale o stosunkowo dużej jasności powierzchniowej.  Są jednak bogate w wodór neutralny i zjonizowany oraz zawierają wiele młodych masywnych gwiazd.

Numeryczne symulacjesymulacje numeryczneNumeryczne symulacje potwierdzają, że z obłoku gazu może wytworzyć się galaktyka dyskowa w procesie podobnym do tworzenia się układów planetarnych. Symulowano numerycznie również łączenie się galaktyk (Rys. 3.). Proces taki trwa bardzo długo, więc nie jesteśmy w stanie zaobserwować go od początku do końca, jednak obserwuje się galaktyki spiralne w fazie łączenia.  Różnice w obecnym wyglądzie między galaktykami eliptycznymi a spiralnymi odzwierciedlają różne drogi ewolucyjne tych obiektów.  Prawdopodobnie wszystkie galaktyki uformowały się z ogromnych obłoków pierwotnego gazu wypełniającego cały Wszechświat, zakładając że we wczesnych chwilach istnienia Wszechświata gaz ten był rozmieszczony niemal równomiernie. W wyniku niestabilności grawitacyjnej fluktuacje stopniowo wzrastały, aż ostatecznie wyłoniły się protogalaktyki, wewnątrz których doszło do lawinowego tworzenia się gwiazd.  W galaktykach eliptycznych gwiazdy powstały prawdopodobnie stosunkowo wcześnie i dosyć szybko.  W galaktykach spiralnych bieg wydarzeń był nieco inny. Jedynie centralna część obłoku zamieniła się w układ gwiazd, aż powstało tam jądro galaktyki.  Proces powstawania gwiazd w galaktykach spiralnych zachodził mało wydajnie i nie doszło do wyczerpania gazu. Wskutek wirowania obłoku, nie mógł się on silnie skurczyć w obszarze jądra, dlatego materia skupiła się w jednej płaszczyźnie, tworząc dysk. Znaczne, w porównaniu z eliptycznymi,  spłaszczenie galaktyk spiralnych wskazuje na to, że różnice w ilości momentu pędu na jednostkę masy odegrały być może decydującą rolę w wyborze drogi ewolucyjnej galaktyki i zdecydowały o jej typie morfologicznym. Nie ma jednak pewności ani żadnej reguły, co wpływa na to, że  w dyskach galaktycznych niemal zawsze powstają ramiona spiralne.

RW1tXOicRLIbH

Rys. 3. Ilustracja przedstawia osiem zdjęć wykonanych przy pomocy teleskopu Hubble’a. Zdjęcia podzielone są na dwa rzędy, górny oraz dolny. W każdym rzędzie widoczne są cztery zdjęcia. Zdjęcia przestawiają proces łączenia się dwóch galaktyk. W górnym rzędzie, najbardziej po lewej stronie widoczne są dwie zbliżające się galaktyki. Jedna z galaktyk widoczna jest w postaci pochylonego w prawo, błękitnego dysku po lewej stronie. Druga galaktyka widoczna jest w postaci poziomego, prawie białego dysku. Drugie od lewej zdjęcie przedstawia u góry jasną wirującą przeciwnie do ruchu wskazówek zegara spiralę. Poniżej spirali widoczny jest jasnożółty dysk, pochylony nieco w prawo od kierunku pionowego. Trzecie od lewej zdjęcie przedstawia z lewej strony galaktykę widoczną jako jasna, pionowa wstęga. Po prawej stronie zdjęcia widoczna jest druga galaktyka w postaci małego, jasnoniebieskiego obłoku. Najbardziej po prawej stronie, w górnym rzędzie widoczna jest galaktyka w postaci jasnego łuku wygiętego w górę oraz druga w postaci jasnego odcinka pochylonego w prawo od kierunku pionowego. Po lewej stronie w dolnym rzędzie widoczne są dwie galaktyki nakładające się na siebie. Jedna z galaktyk widoczna jest w postaci jasnego dysku pochylonego w prawo od kierunku pionowego. Druga z galaktyk widoczna jest jako zgrubienie jasnego dysku w części centralnej. Po prawej stronie widoczne są dwie przecinające się galaktyki. Jedna z galaktyk widoczna jest w postaci jasnego dysku pochylonego w lewo od kierunku pionowego. Drugie skupisko gwiazd widoczne jest jako pozioma poprzeczka przecinająca w połowie pierwszą z galaktyk. Drugie od prawej strony zdjęcie przedstawia dwie galaktyki w postaci jasnych, eliptycznych obłoków. Jeden z obłoków widoczny jest w dolnej i lewej części ilustracji. Lewy dolny obłok jest jasnobrązowy. Druga galaktyka widoczna jest w postaci błękitnego obłoku w lewej i górnej części zdjęcia. Ostatnie po prawej stronie, w dolnym rzędzie zdjęcie przedstawia połączone galaktyki. Na zdjęciu widoczne są dwa jasne punkty układające się na linii biegnącej w prawo i w górę. Wzdłuż tej linii, wokół jasnych punktów widoczne są jasne obłoki, blednące wraz z odległością od jasnych obszarów.

Słowniczek