Galaktyka: definicja, typy i liczba gwiazd we Wszechświecie

Poznaj galaktykę: definicja, typy (spiralne, eliptyczne, nieregularne) i oszałamiająca liczba gwiazd we Wszechświecie — ponad 2 biliony galaktyk i ~10^24 gwiazd.

Galaktyka to wielka, grawitacyjnie związana struktura złożona z wielu elementów: gwiazd, gazu, pyłu oraz ciemną materią. Zawartość ta może tworzyć dysk, centralny wypukły „wypuk” (bulge), halo ciemnej materii oraz różne podstruktury (np. pręty, ramiona spiralne, skupiska gwiazd). Nazwa "galaktyka" pochodzi od greckiego słowa galaktyka, w odniesieniu do naszej własnej galaktyki, Drogi Mlecznej (w tekście zachowano oryginalny fragment Mleczną, które jest). Galaktyki mają bardzo różne rozmiary i masy — od karłowatych systemów z milionami gwiazd do olbrzymich galaktyk z setkami miliardów gwiazd.

Grawitacja, ekspansja i ruch wewnątrz galaktyk

Grawitacja jest siłą utrzymującą galaktyki w całości, przeciwdziałając lokalnie działaniu ekspansji wszechświata. Na skalach kosmicznych przestrzeń między odległymi grupami galaktyk się rozszerza (tzw. przepływ Hubble’a), jednak wnętrza galaktyk i ich skupienia (np. Lokalna Grupa) pozostają związane grawitacyjnie i nie „rozszerzają się” w tym sensie. W każdej galaktyce materia i gwiazdy poruszają się wokół wspólnego punktu przyciągania — środkamasy — a ruchy te odzwierciedlają rozkład masy, w tym niewidocznej ciemnej materii.

Główne typy galaktyk

Galaktyki klasyfikuje się morfologicznie i fizycznie. Do najważniejszych typów należą:

• Eliptyczne — mają gładki, owalny kształt, dominują w nich starsze gwiazdy; zwykle mało w nich zimnego gazu i pyłu, dlatego formowanie gwiazd jest ograniczone.
• Spiralne — posiadają dysk z ramionami spiralnymi, w których powstają nowe gwiazdy; często mają centralny wypuk (bulge) i znaczne ilości gazu i pyłu.
• Soczewkowe (lenticularne) — pośrednie między eliptycznymi a spiralnymi; mają dysk, ale mało wyraźnych ramion, często wykazują ograniczoną aktywność gwiazdotwórczą; mogą występować z prętem lub bez pręta.
• Nieregularne — brak wyraźnej symetrii; często występują u mniejszych galaktyk lub jako efekt oddziaływań i zderzeń.

System klasyfikacji przypomina tzw. "widełki Hubble’a" i uwzględnia cechy takie jak obecność pręta, wielkość wypuku centralnego czy stopień uporządkowania dysku. Typ morfologiczny wiąże się też z historią ewolucyjną i aktywnością gwiazdotwórczą danej galaktyki.

Liczba galaktyk i gwiazd we Wszechświecie obserwowalnym

Obserwowalny Wszechświat zawiera ogromną liczbę galaktyk — oszacowania z ostatnich dekad, oparte na głębokich obrazach (np. pola Hubble’a) i ich uogólnieniach, mówią o ponad 2 bilionach (¹⁰¹²) galaktyk. Sumaryczna liczba gwiazd we wszystkich tych galaktykach jest jeszcze większa — szacuje się ją na około 1×1024 gwiazd, czyli więcej gwiazd niż wszystkich ziaren piasku na planecie Ziemia. Warto jednak pamiętać, że takie liczby są przybliżone i zależą od czułości obserwacji oraz modeli rozkładu galaktyk na najmniejszych masach.

Ciemna materia i centra galaktyk

Choć widoczna materia (gwiazdy, gaz, pył) stanowi istotną część galaktyk, to większość masy w typowych galaktykach stanowi ciemna materia, tworząca halo otaczające dysk. Obecność ciemnej materii wyjaśnia obserwowane prędkości orbitalne gwiazd i gazu na obrzeżach galaktyk. W centrach wielu dużych galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury — ich masa koreluje z masą wypuku centralnego i wpływa na ewolucję galaktyki (np. regulacja powstawania gwiazd poprzez aktywność jądra galaktycznego).

Formowanie i ewolucja galaktyk

Galaktyki powstawały i ewoluowały przez miliardy lat: z małych zagęszczeń materii w młodym Wszechświecie powstawały protogalaktyki, które łączyły się i rosły przez akrecję oraz zderzenia. Kolizje i fuzje mogą zmieniać morfologię — zderzenie dwóch galaktyk spiralnych może dać w efekcie galaktykę eliptyczną, a interakcje wyzwalają fale formowania gwiazd lub zapoczątkowują aktywność jądra galaktycznego (AGN). Procesy te zachodzą na skalach czasowych rzędu milionów do miliardów lat.

Skale większe: grupy i gromady

Galaktyki nie występują pojedynczo, lecz tworzą struktury: pary, Lokalną Grupę (która obejmuje Drogę Mleczną, Andromedę i inne mniejsze galaktyki), większe gromady i supergromady. Te struktury są powiązane grawitacyjnie i wpływają na rozwój galaktyk poprzez oddziaływania pływowe, strumienie gazu i fuzje.

Podsumowując: galaktyki to podstawowe budulce obserwowalnego Wszechświata — skomplikowane, zróżnicowane układy gwiazd, gazu, pyłu i ciemnej materii, które powstają, ewoluują i oddziałują ze sobą na przestrzeni kosmicznych czasów.

Opis

Istnieją galaktyki o różnych rozmiarach. Typowe galaktyki to karły z zaledwie dziesięcioma milionami (¹⁰⁷) gwiazd, a także giganty ze stoma bilionami (¹⁰¹⁴) gwiazd, z których każda orbituje wokół środka masy galaktyki. Galaktyki mogą zawierać wiele układów wielokrotnych gwiazd, gromad gwiazd i różnych obłoków międzygwiezdnych. Słońce jest jedną z gwiazd w galaktyce Drogi Mlecznej; Układ Słoneczny obejmuje Ziemię i wszystkie inne obiekty, które krążą wokół Słońca.

Gromady gwiazd nie są galaktykami, są wewnątrz galaktyk. Gromady kuliste to gromady gwiazd w kształcie kulistym, które stanowią część zewnętrznej aureoli Drogi Mlecznej. Jedna z największych (i najstarszych) znanych gromad gwiazd, Messier 15, posiada kilka milionów gwiazd, upakowanych blisko siebie, z czarną dziurą w środku. Gwiazdy te są zbyt blisko siebie upakowane, aby można było je dokładnie policzyć, ale z pewnością mają więcej gwiazd niż niektóre z mniejszych galaktyk.

W obrębie gromad galaktyk, galaktyki poruszają się względem innych galaktyk. Mogą się zderzyć i zderzają. Kiedy tak się dzieje, gwiazdy zazwyczaj przemieszczają się obok siebie, ale chmury gazowe i pył oddziałują na siebie i mogą tworzyć wybuchy nowych gwiazd. Grawitacja wciąga obie galaktyki w nieco nowe kształty, tworząc pręty, pierścienie lub struktury podobne do ogona.

Wiele galaktyk nadal tworzy nowe pokolenia gwiazd. Droga Mleczna i wszystkie galaktyki o kształcie spiralnym, które ją lubią (patrz obraz po prawej stronie NGC 2997), wytwarzają nowe gwiazdy w tempie jednej lub dwóch gwiazd rocznie. To tworzenie się gwiazd odbywa się na ogromnych obłokach międzygwiezdnych, które stanowią około 1% do 10% masy tych galaktyk. Z drugiej strony, gromady gwiazd kulistych nie tworzą obecnie gwiazd, ponieważ ta aktywność miała miejsce miliardy lat temu, a następnie ustała po zużyciu wszystkich obłoków gazu i pyłu.

W literaturze astronomicznej, słowo "Galaktyka" ze stolicą G jest używane dla naszej galaktyki, Drogi Mlecznej. Miliardy innych galaktyk są napisane jako 'galaktyka' z małą literą g. Termin 'Droga Mleczna' pojawił się po raz pierwszy w języku angielskim w wierszu Chaucera.

"Patrzcie, Lo, Galaktyka,
która rozbija Mlecznego Wey'a,
Bo hit jest biały".

Kiedy William Herschel pisał swój katalog obiektów głębokiego nieba, użył nazwy mgławica spiralna dla obiektów takich jak galaktyka Andromedy. 200 lat później astronomowie odkryli, że są one wykonane z gwiazd takich jak Droga Mleczna, więc termin "mgławica" jest obecnie używany tylko w odniesieniu do rozproszonych struktur wewnątrz galaktyki.

NGC 2997, galaktyka spiralna w gwiazdozbiorze Antyla, produkuje nowe gwiazdy w tempie 1 lub 2 gwiazd rocznie

Rodzaje

Istnieją dwa główne rodzaje galaktyk, galaktyka spiralna i galaktyka eliptyczna. Są one sklasyfikowane zgodnie z sekwencją Hubble'a.

Galaktyka spiralna

Galaktyka spiralna to galaktyka, która ma kształt spiralny. Większość galaktyk we wszechświecie obserwowanych przez astronomów to galaktyki spiralne (około 77%).

Są one podzielone na dwa :

• Galaktyka spiralna bezbarwna (klasyfikowana jako "SB")
• Bezbarwna galaktyka spiralna (klasyfikowana jako "SA")

NGC 1300 i NGC 1672 to przykłady zakratowanych galaktyk spiralnych. Galaktyki z wirami i Messier 81 są przykładami galaktyk spiralnych bez prętów zbrojeniowych.

Cechami identyfikującymi galaktykę spiralną są obracające się tarcze, ramiona spiralne i wybrzuszenie w rdzeniu galaktyki. Ramiona spiralne są miejscem narodzin nowych gorących gwiazd. "Wybrzuszenie" w rdzeniu galaktycznym ma stare gwiazdy. Ta cecha jest wspólna dla większości galaktyk spiralnych.

Galaktyka eliptyczna

Galaktyka eliptyczna to galaktyka, która ma kształt elipsoidy (3D elipsy). Ten typ galaktyk jest dominujący we wszechświecie, szczególnie w gromadach galaktyk. Kształt ten może mieć kształt koła, elipsy lub cygara. W Sekwencji Hubble'a kształt ten może być reprezentowany jako klasa :

• E0 (kształt koła)
• E53 (kształt elipsy)
• E7 (w kształcie cygara)

Galaktyka eliptyczna może mieć duży zasięg. Olbrzymia galaktyka eliptyczna może mieć ponad milion lat świetlnych, a najmniejsze (znane jako "karłowata galaktyka eliptyczna") są mniej niż jedną dziesiątą wielkości Drogi Mlecznej. Wielkość galaktyki eliptycznej można zmierzyć jako efektywny promień określający obszar, z którego pochodzi połowa jej światła. Masa galaktyki eliptycznej jest również duża. Olbrzymia galaktyka eliptyczna może mieć masę ¹⁰¹³ (wiele bilionów) mas Słońca.

Inne rodzaje galaktyk

Galaktyka soczewkowata to galaktyka widziana w kształcie dysku. Ustalenie kształtu galaktyki lenticularnej jest trudne, ponieważ kształt może znajdować się pomiędzy galaktyką spiralną a eliptyczną. Kształt ten można poznać patrząc na wybrzuszenie centrum galaktyki. Jeśli wybrzuszenie jest bardzo jasne, to jest to galaktyka spiralna.

Sekwencja pęcherzykowa


NGC 1300 to zakratowana galaktyka spiralna.


ESO 325-G004 to galaktyka eliptyczna.


Galaktyka soczewkowa NGC 5308

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest galaktyka?

P: Skąd pochodzi słowo "galaktyka"?

P: Jak galaktyki trzymają się razem?

P: Jakie rodzaje galaktyk istnieją?

P: Ile gwiazd znajduje się w szacunkowej liczbie 1x1024 galaktyk?

Szukaj według litery