АСТРОНОМІЯ - ДИТЯЧА ЕНЦИКЛОПЕДІЯ - ФОЛІО 2005

V

ГАЛАКТИКИ — ОСТРОВИ У ВСЕСВІТІ

Цей космос, єдиний для всього, що існує,

не створив ніякий бог і ніяка людина,

але завжди він був.

Є і вічно буде живим вогнем,

що мірою спалахує та мірою затухає.

Геракліт

Далеко за межами Молочного Шляху ми бачимо багато інших галактик. Деякі з них схожі на нашу, деякі — дуже відрізняються від неї. Усі вони ніби розкидані безкраїм простором космосу аж до самих меж Всесвіту, який ми маємо змогу спостерігати.

Дуже відомий приклад допоможе вам зрозуміти, як їх багато. Кілька років тому орбітальний телескоп імені Хаббла отримав фотографію глибокого космосу. На це йому знадобилося 10 діб! Було сфотографовано ділянку неба в районі сузір’я Великої Ведмедиці. Настільки малу, що якщо ви візьмете піщинку, то вона буде мати саме такі розміри на відстані витягнутої руки. Так от, на цій фотографії відбилися зображення сотень галактик. Якщо порахувати їх усі, а потім помножити на кількість таких ділянок на небі, то отримаємо, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, налічує понад 80 мільярдів галактик!

Це феєричне видовище надихає вчених на фундаментальні питання. Як далеко знаходяться ці галактики? Який вік Всесвіту? Наскільки великий наш Всесвіт?

Ще століття тому ці питання здавались би суто філософськими, такими, на які вчені не зможуть дати ґрунтовну відповідь. Нині ми віримо, що знаємо достатньо для того, щоб відповісти на всі ці три питання з певною точністю.

На компактній ділянці зоряного неба в сузір’ї Великої Ведмедиці зібралася фантастична кількість галактик. Фото: Космічний телескоп імені Хаббла

Крок за кроком ми з вами з’ясуємо таємниці цих островів Всесвіту, можливих оаз життя, і знайдемо — кожен для себе — відповіді на важливі питання.

Формування галактик

Кожна з галактик являє собою острів зірок, зібраних разом силою гравітації. Як і наш Молочний Шлях, кожна з них є динамічною системою. Якщо ми уявно розпочнемо відлік часу назад, то перед нами постане майже така ж проблема, як і при знайомстві з зірками. Кожну галактику ми спостерігаємо фактично впродовж миті її життя. Це — як своєрідна мозаїка, яку тепер нам необхідно зібрати. З відокремлених шматочків життя різних галактик ми з вами повинні отримати цілісну картину, «біографію» типової галактики.

Формування галактики починається з протогалактичної хмари

Наше розуміння еволюції галактик удосконалюється досить швидко. Перш за все ми повинні завдячувати цим сучасним телескопам, що дозволяють зазирнути назад навіть крізь час. Саме так, бо чим далі знаходиться галактика, яку ми спостерігаємо, тим глибше ми зазираємо у минуле. Коли ми фотографуємо, наприклад, галактику, що віддалена від нас на мільярд світлових років, ми бачимо її такою, якою вона була мільярд років тому.

Таким чином, просто фотографуючи різні галактики на різних відстанях від Землі, ми можемо зібрати справжній «сімейний альбом» фотографій галактик на різних етапах їхнього життя. Кожна фотографія буде зображенням якоїсь однієї галактики, проте, групуючи їх, ми зможемо відтворити зміни якогось типу галактик за віком. Зображення найвіддаленіших галактик представлятимуть галактики «в дитинстві», а фотографії найближчих — «зрілі» галактики.

Виходячи із закону Хаббла, у дуже віддалених галактик червоне зміщення спектра повинно бути настільки великим, що навіть видиме та ультрафіолетове випромінювання, випущене цими галактиками, доходить до Землі у вигляді інфрачервоного. Земні телескопи не можуть добре реєструвати таке випромінювання через те, що заважає земна атмосфера. Та й можливості орбітального телескопа імені Хаббла у цій сфері теж обмежені.

Давайте трохи пофантазуємо та спробуємо уявити собі життєпис типової галактики. Через те що сучасні телескопи не дозволяють напрямки спостерігати галактики на найперших етапах їхньої еволюції, ми повинні використати деякі теоретичні припущення, щоби змоделювати один із найцікавіших етапів — процес народження галактики.

Отже, припустімо, що водень та гелій заповнили космічний простір більш чи менш рівномірно, коли Всесвіт був ще досить молодий (скажімо, мільйон років після Великого Вибуху). Припустімо також, що ця рівномірність не була досконалою і деякі ділянки Всесвіту все ж таки мали трохи більшу густину, ніж інші.

Використовуючи ці припущення, а також закони тяжіння, уявімо собі, як ці ділянки з більшою густиною перетворилися на галактики.

Як і інша матерія, речовина в цих ділянках починала розширюватися, як розширювався й увесь Всесвіт. Однак більша густина робила це розширення повільнішим, за рахунок чого з часом розширення припинилося та перетворилося на стискання. Таким чином, близько мільярда років тому сформувалися так звані протогалактичні хмари.

З часом у протогалактичній хмарі почали формуватися протозіркові утворення. Як вважають сучасні вчені, перші зорі утворювалися в галактиках ще задовго до їх повного оформлення як зрілих об’єктів. Процеси зореутворення в активних регіонах протогалактик привели до формування сферичних галактик, у яких зірки розподілені майже рівномірно по всій кулі. Згодом сили гравітації продовжували діяти на більш віддалені від центру регіони сферичної галактики і врешті-решт створили дископодібну структуру. У галактичному гало (так називається залишок від колишньої сфери молодої галактики) припинилися процеси народження нових зірок, і їх з часом там стало значно менше.

Спостережні дані говорять на користь запропонованої нами теорії утворення та еволюції галактик. Так, на більшості фотознімків спіральні галактики мають зірки різних кольорів. У самій спіралі, проте, сконцентровано найбільшу кількість білих та блакитних зірок, тоді як більш червоні знаходяться в галактичному гало — над і під диском.

Дійсно, більш блакитними виглядають тільки дуже гарячі зірки, що не живуть довго. Тож у диску сконцентровані молоді зірки, бо там, як ми з вами побачили, продовжуються процеси зореутворення. У галактичному гало здебільшого знаходяться зірки, життя яких у найближчий час добіжить свого кінця.

Звичайно, прогрес науки робить нас досить близькими до розуміння того, як і чому протогалактичні хмари перетворилися на галактики. Проте деякі загадки все ж залишаються. Наприклад, спостережні дані вказують на можливість існування більш раннього покоління зірок, наприклад, у нашій Галактиці. Проте ми навіть у нас практично «вдома» не змогли відкрити жодної зірки, що була б старша за типову зорю галактичного гало.

У протогалактичній хмарі народжуються протозіркові утворення

Згодом формується диск та гало майбутньої галактики

Спіральна галактика в «зрілому» віці





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити