В ясную ночь вы можете разглядеть полосу Млечного Пути в ночном небе. В течение тысячелетий астрономы смотрели на это с благоговением, постепенно приходя к пониманию того, что наше Солнце было просто одной из миллиардов звезд в галактике. Со временем, когда наши инструменты и методы улучшились, мы поняли, что сам Млечный Путь был лишь одной из миллиардов галактик, составляющих Вселенную.
Благодаря открытию теории относительности и скорости света мы также поняли, что когда мы смотрим в пространство, мы также оглядываемся назад во времени. Увидев объект на расстоянии 1 миллиарда световых лет, мы также видим, как этот объект выглядел 1 миллиард лет назад. Этот эффект «машины времени» позволил астрономам изучить, как возникли галактики (то есть эволюция галактик).
Процесс, в котором формируются и развиваются галактики, характеризуется устойчивым ростом во времени, который начался вскоре после Большого взрыва. Этот процесс и возможная судьба галактик остаются предметом интенсивного восхищения и до сих пор чреваты его долей загадок.
Формирование Галактики:
Текущий научный консенсус заключается в том, что вся материя во Вселенной была создана примерно 13,8 миллиардов лет назад во время события, известного как Большой взрыв. В это время вся материя была спрессована в очень маленький шарик с бесконечной плотностью и интенсивным жаром, называемый Сингулярностью. Внезапно Сингулярность начала расширяться, и Вселенная, как мы ее знаем, началась.
После быстрого расширения и охлаждения все вещество было почти однородным в распределении. В течение последующих нескольких миллиардов лет слегка более плотные области Вселенной начали гравитационно притягиваться друг к другу. Поэтому они стали еще плотнее, образуя газовые облака и большие скопления вещества.
Эти скопления стали первичными галактиками, поскольку облака газообразного водорода в протогалактиках подверглись гравитационному коллапсу и стали первыми звездами. Некоторые из этих ранних объектов были маленькими и превратились в крошечные карликовые галактики, в то время как другие были намного больше и стали знакомыми спиральными формами, такими как наш собственный Млечный путь.
Галактические Слияния:
После образования эти галактики эволюционировали вместе в более крупные галактические структуры, называемые группами, скоплениями и сверхскоплениями. Со временем галактики были притянуты друг к другу силой их гравитации и столкнулись вместе в серии слияний. Исход этих слияний зависит от массы галактик при столкновении.
Маленькие галактики разрываются большими галактиками и добавляются к массе больших галактик. Наш собственный Млечный Путь недавно поглотил несколько карликовых галактик, превратив их в потоки звезд, которые вращаются вокруг ядра галактики. Но когда крупные галактики сходного размера объединяются, они становятся гигантскими эллиптическими галактиками.
Когда это происходит, тонкая спиральная структура теряется, и объединенные галактики становятся большими и эллиптическими. Эллиптические галактики являются одними из самых больших галактик, которые когда-либо наблюдались. Другим следствием этих слияний является то, что сверхмассивные черные дыры (SMBH) в их центрах становятся еще больше.
Заметьте, что не все слияния приведут к эллиптическим галактикам. Но все слияния приводят к изменению структуры объединенных галактик. Например, считается, что Млечный Путь переживает небольшое слияние с соседними Магеллановыми Облаками; и в последние годы было установлено, что карликовая галактика Большой Песок слилась с нашей собственной.
Хотя слияния рассматриваются как насильственные события, реальных звездных систем не ожидается, учитывая огромные расстояния между звездами. Однако слияния могут привести к гравитационным ударным волнам, способным вызвать образование новых звезд. Это то, что, по прогнозам, произойдет, когда наша собственная галактика Млечный путь сольется с галактикой Андромеды примерно через 4 миллиарда лет.
Галактическая Смерть:
В конечном итоге, галактики перестают образовывать звезды, как только они истощают запасы холодного газа и пыли. По мере истощения запасов формирование звезд замедляется в течение миллиардов лет, пока не прекратится полностью. Однако продолжающиеся слияния гарантируют, что свежие звезды, газ и пыль оседают в старых галактиках, что продлевает их жизнь.
В настоящее время считается, что наша галактика израсходовала большую часть своего водорода, и звездообразование будет замедляться, пока не истощится запас. Звезды, подобные нашему Солнцу, могут существовать только около 10 миллиардов лет или около того; но самые маленькие, самые крутые красные карлики могут длиться несколько триллионов лет. Тем не менее, благодаря наличию карликовых галактик и нашему предстоящему слиянию с Андромедой, наша галактика может существовать еще дольше.
Однако все галактики в этой окрестности Вселенной со временем станут гравитационно связаны друг с другом и сольются в гигантскую эллиптическую галактику. Астрономы видели примеры этих видов «ископаемых галактик», добром из которых является Мессье 49 - сверхмассивная эллиптическая галактика.
Эти галактики израсходовали все свои запасы звездообразующего газа, и все, что осталось, - это звезды с более длительным сроком службы. В конце концов, через огромные промежутки времени эти звезды будут мигать одна за другой, пока все это не станет фоновой температурой Вселенной.
После того, как наша галактика слится с Андромедой и продолжит слияние со всеми другими соседними галактиками в локальной группе, мы можем ожидать, что она тоже постигнет та же участь. Итак, эволюция галактики происходила в течение миллиардов лет, и она будет продолжаться в обозримом будущем.
Мы написали много статей о галактиках для журнала Space. Вот что такое Млечный Путь ?, Как образовался Млечный Путь? Что происходит, когда галактики сталкиваются? Что происходит, когда галактики умирают?
Если вам нужна дополнительная информация о галактиках, ознакомьтесь с новостными выпусками Хабблсайт о галактиках и посетите научную страницу НАСА по галактикам.
Мы также записали эпизод «Астрономического каста» о галактиках - Эпизод 97: Галактики.
Источники:
- Корнеллский университет, кафедра астрономии - становление и эволюция
- Википедия - формирование и эволюция галактик
- СКА - Как развиваются галактики?
