Global Lithuanian Net:    san-taka station:

Galaktikos judrioji atmosfera:
Tarpžvaigždinės dujos
 

Tarpžvaigždinė erdvė sukelia galvoje niūrius vaizdus: šalti tamsūs dujų ir dulkių debesys, susikaupę ties galaktikos plokštuma. Šių dienų astronomai šią terpę laiko tarsi atmosferą, kurią drumsčia supernovų sprogimai. Dujų pliūpsniai prasiveržia aukštais "kaminais" tada fontanu krenta žemyn.

Planetos atmosferos dėka palaikoma visuma. Ji užtikrina, kad aplinkos sąlygos (pvz., temperatūra) kis palaipsniui (Mėnulyje vienas žingsnis skiria –100 nuo +100). Ji daro įtaką įvykiams – susidūrimams su asteroidu, ugnikalnio išsiveržimui ar gamyklų dūmams. Lokalūs reiškiniai gali turėti globalias pasekmes.

Jau seniai žinoma, kad mūsų galaktiką gaubia plona "atmosfera" gaubiantis galaktiką ir užpildantis erdvę tarp milijardų žvaigždžių joje. Ši erdvė nėra vienalytė – joje didžiulė įvairovė: tankio, temperatūros ir jonizacijos. Stebėjimai rodo, kad ji tokia pat sudėtinga, kaip ir bet kurios planetos. Išlaikoma žvaigždžių traukos, skrodžiama žvaigždžių šviesos, aukštos energijos dalelių ir veikiama magnetinių laukų – ši "atmosfera" nuolat permaišoma, kaitinama ir nuolat keičiama. Kaip ir bet kuri atmosfera, ji tankiausia "apačioje", t.y. ties galaktikos plokštuma.

Kai žvaigždėje baigiasi branduolinis kuras ir ji miršta, bent jau sunkiausios jų didesniąją savo dalį išmeta į tarpžvaigždinę erdvę. Galaktikai senstant, vis daugiau žvaigždžių kartų užteršia tą erdvę sunkiaisiais elementais.

Astrofizikai, nors ir suprasdami bendriausius žvaigždžių susidarymo principus, jie vis dar negali tiksliai paaiškinti, kada ir kaip dažnai gimsta žvaigždės. Buvo bandoma aiškinti procesus tik lokaliomis sąlygomis dujų ūke. Dabar jie stengiasi galaktiką laikyti visuma. Viena žvaigždžių karta sukuria sąlygas, kuriose kitų kartų žvaigždės gimsta, gyvena ir miršta. Didžiausią poveikį turi sunkiausios ir karščiausios žvaigždės, nors jos yra ir rečiausios. Jų poveikis gali būti dvejopas. Iš vienos pusės, jos gali įkaitinti ir jonizuoti aplinką ir versti ją plėstis – tuo pačiu padidinant slėgį gretimose srityse, sutankinant ten esančius debesis ir taip skatinti naujų žvaigždžių formavimąsi. Iš kitos pusės, jos nupučia ir net gali visiškai išsklaidyti debesį, kuriame susiformavo. Tai gali paaiškinti, kodėl debesų virtimas žvaigždėmis toks neefektyvus. Tik keli procentai debesies virsta žvaigždėmis. Trečia ypatybė yra ta, kad

Galaktikos atmosferos sudėtis

Be vandenilio atomų (H1) ir molekulių (H2), debesyse yra ir kitų elementų pėdsakų. Debesų masė galaktikoje sudaro apie 1/5 žvaigždžių masės.

 Debesyse  
Tarp debesų
SudėtisH2H1 šiltas H1šiltas H2karštas H2
Temperatūra (K) 15 120 8000 8000 106
Tankis (cm-3) 200 25 0,3 0,15 0,0002
Storis (parsekais) 150 200 1000 2000 6000
žvaigždžių susidarymas vyksta sporadiškai, tačiau didžiuliais spiečiais. Paukščių take žvaigždžių susidarymas nusistovėjęs ir dabar kasmet gimsta apie 10 žvaigždžių.

Astronomai tebediskutuoja, kaip sparčiai nyksta ta atmosfera. Vis daugiau tarpžvaigždinių dujų sugeria ilgai gyvuojančios žvaigždės. Gali nutikti, kad su laiku visos dujos Paukščių take išseks. Kada tai nutiks? Stebėjimai leidžia spėti, kad mūsų galaktika vis dar yra atvira. Dideliu greičiu judantys "neužteršti" debesys, sudaryti beveik vien tik iš vandenilio, lyja atjaunindami galaktiką.

Tad pirmiausia reikia nustatyti sudėtį. 6-7 dešimtmečiuose studijuojant ryškių ūkų (tokių, kaip Oriono) spektrą sužinota, kad 90% jų sudaro vandenilis, beveik 10% helis, o visa kita – apie 0,1%. Todėl galaktikos atmosfera labiausiai priklauso nuo to, kokią formą įgauna vandenilis. Ankstyvieji matavimai rodė, kad dominuoja žinomiausia spektro linija – 21 cm (1420 MHz), skleidžiama neutralaus vandenilio (H1). 6 dešimtm. pradžioje radijo astronomai sudarė H1 pasiskirstymo žemėlapį. Daugiausia H1 yra prie galaktikos plokštumos sudarydamas maždaug 300 parsekų (1000 šviesmečių) storio dujų diską (maždaug pusę to disko matome danguje kaip Paukščių taką).

Vandenilis gali būti ir molekuline forma (H2), kurią tiesiogiai gana sunku nustatyti. Daugiausia apie ją sužinome iš aukšto dažnio anglies monooksido radijo stebėjimų. Ten kur yra anglies monoksido, ten turi būti ir vandenilio molekulių. Atrodo, kad jos randasi tankiausiuose ir šalčiausiuose debesyse, pro kuriuos negali pranikti molekules skaldanti žvaigždžių šviesa. Šie tankūs debesys yra prie pat galaktikos plokštumos (100 parsekų storio sluoksnyje). Dar visai neseniai H2 buvo stebimos ten, kur jos skaldomos netoli esančių žvaigždžių ultravioletinių (UV) spindulių ar "sėjamų" dalelių vėjo. Tokiomis sąlygomis H2 spindi maždaug 2,2 mikrono ilgio infraraudonųjų bangų spektre. Tačiau jau keletą metų į orbitą iškelti spektrografai (ORFEUS-SPAS ir FUSE) gali nustatyti H2 beveik 0,1 mikrono ilgio UV bangų spektre. Visų nuostabai, Ph. Richter ir W. Gringel'io vadovaujamos grupės aptiko H2 ir neįprastose vietose – toli nuo galaktikos plokštumos.

Trečioji vandenilio forma yra jonizuota plazma. Buvo manoma, kad ji sutinkama gana lokaliose vietose – šviesiuose ūkuose greta ryškių žvaigždžių bei po supernovų sprogimų. Tobulesni prietaisai leido išskirti dar du galaktikos atmosferos komponentus: karštus (106 K) ir šiltus (104 K) vandenilio jonus. Jie taip pat pasklidę plačiai ir sudaro storą "aureolę" aplink visą galaktiką. Tai tarsi mūsų galaktikos karūna, analogiška Saulės karūnai.

Tada kilo klausimas, kaip visi tie komponentai elgiasi ir sąveikauja. Pagrindinį vaidmenį vaidina masyvios žvaigždės. R.-J. Dettmar tyrinėjimai parodė, kad galaktikų, kuriose masyvių žvaigždžių yra daugiau nei vidutiniškai, atmosferos labiau išsiplėtę. Mokslininkai to priežastimi laiko karštas jonizuotas dujas. Spėjama, kad šiose dujose susidaro smūgio bangos, kurios dideliu greičiu (100-200 km/s) lekia į tarpžvaigždinę erdvę po supernovos sprogimo. Priklausomai nuo dujų tankio ir magnetinio lauko stiprumo, tas į visas puses besiplečiantis burbulas gali nušluoti ertmę 50-100 parsekų spinduliu. Maža dalis jonų ir elektronų Orion Nebulae pagreitinama beveik iki šviesos greičio – tai kosminiai spinduliai. Jie padidina tarpžvaigždinės erdvės slėgį, debesys spaudžiami ir didėja tikimybė, kad juose pradės formuotis žvaigždės. Jonizuodami dalį vandenilio, kosminiai spinduliai taip pat sukelia chemines reakcijas, kurių metu kuriasi sudėtingesnės molekulės. Ir kadangi patys jonai "prisikabina" prie magnetinio lauko linijų, jie įkalina magnetinius laukus debesyse ir kartu lėtina žvaigždžių formavimosi juose procesą.

Jei karšti burbulai susidaro pakankamai dažnai, jie gali sąveikauti dideliais atstumais. Tą idėją 8 dešimtm. išsakė B. Smith'as ir D. Cox'as, o kiek vėliau Ch.F. McKee ir J.P. Ostriker'is įrodinėjo, kad karštoji fazė turi apimti 55-75% tarpžvaigždinės erdvės. Šaltesnės fazės turėtų uždaryti debesis toje jonizuotoje matricoje – iš esmės, atvirkščią dalyką tradicinei sampratai, pagal kurią dominuoja neutralios dujos, o jonizuotos dujos įkalintos nedidelėse srityse. Naujausi stebėjimai patvirtina tradicinį modelį, pvz., M101 galaktikoje apvaliame atominio vandenilio diske matomos skylės – greičiausiai "išpūstos" masyvių žvaigždžių. Kitos tolimos galaktikos atmosferos struktūra panaši į šveicarišką sūrį.

Atrodo, kad ir mūsų Saulė yra viduje karšto burbulo, apsireiškiančio x-spinduliais, kuriuos skleidžia smarkiai jonizuoti jonai, pvz., deguonies. Ši sritis, vadinama Vietiniu burbulu, susidarė maždaug prieš milijoną metų sprogus gretimai supernovai. Dar vaizdingesnis darinys yra už 450 parsekų Oriono ir Eridano kryptimi. Tą burbulą studijavo Carl Heiles su kolegomis. Jis susidarė Oriono žvaigždyne esančiame žvaigždžių spiečiuje, kuris yra išskirtinio tipo, vadinamo OB asociacija. Tai nepaprastai karštų ir masyvių žvaigždžių (O ir B tipų, 20-60 kartų masyvesnių už Saulę, esančia G tipo, ir 100- 100 tūkst. kartų ryškesnių) susispietimas. Visas tas regionas yra sparčiame naujų žvaigždžių gimimo procese, nerodančiame požymių, kad ta veikla baigtųsi. Žvaigždės randasi iš milžiniško molekulinio debesies, kuriame susikūrė ir tasai spiečius.

Viena jauniausių O tipo žvaigždžių, theta1 C Orionis jonizuoja nedidelę debesio dalį – Oriono ūką. Su laiku, vienok, jonizuota radiacija visiškai sunaikins molekulinį debesį ir išsklaidys jo molekules. Vandenilio molekulės suskils į vandenilio atomus ir žvaigždžių susidarymas liausis. Tačiau ta transformacija gali padidinti tankį kurioje kitoje galaktikos vietoje įskeldama kibirkštį naujam žvaigždžių formavimosi židiniui.

Tie karšti burbulai gali kilti toldami nuo galaktikos plokštumos, kaip kad geizeriai veržiasi virš žemės paviršiaus. Skaičiavimai (pvz., M.-M. MacLow) rodo, kad jie gali pasiekti net galaktikos aureolę. Susidaro tarsi kaminas, kuriuo dujos nuo galaktikos plokštumos kyla aukštyn. Jame dujos atvėsta ir pradeda kristi atgal. Susidaro tarsi kosminis fontanas. Tokie fontanai gali būti galaktikos karūnos ir magnetinio lauko šaltinis, kaip rodo K. M. Ferriere skaičiavimai.
Šiuo metu Oriono-Eridano burbulo riba siekia 400 parsekų nuo galaktikos Galactic arc plokštumos, o panašus burbulas Kasiopėjos žvaigždyne iškilęs per 230 parsekų – ir jiems dar gali tekti įveikti 1000-2000 parsekų kelią iki galaktikos karūnos. Kitokio paaiškinimo iš ko susidaro karūna šiuo metu nežinoma.

Šiltoji plazma (104 K) taip pat sukelia neaiškumų. Tradiciniu požiūriu, ji net neturėtų būti plačiai pasklidus. Ji turėtų koncentruotis ribotuose regionuose aplink ypatingai masyvias žvaigždes (o tokiomis tėra viena žvaigždė iš 5 mln.).

Iš tikro, šiltos jonizuotos dujos išplitę visoje tarpžvaigždinėje erdvėje. WHAM stebėjimai rado ją esant net galaktikos karūnoje – labai toli nuo O tipo žvaigždžių. Kaip taip gali būti? Atsakymas gali būti – dėl burbulų. Po supernovos sprogimo jonizuojantys fotonai gali nukeliauti didelius atstumus, kol bus sugerti neutralaus vandenilio. O tipo žvaigždės randasi milžiniškose tuštumose, kurias iššlavė gretimos supernovos. Jų skleidžiami fotonai be trukdžių gali kirsti tas plokštumas ir priversti švytėti pakraščius. WHAM padaryti Kasiopėjos vaizdai tai iliustruoja – šiltos plazmos žiedas išsiriečia aukštai virš burbulo, pasiekdamas iki 1200 parsekų nuo galaktikos plokštumos. Šio žiedo kontūrai primena kaminą. Energijos kiekis, kurio reikia tokios struktūros susidarymui, yra milžiniškas ir gerokai viršija burbulą sudariusio žvaigždžių spiečiaus energiją. Be to, ir laikas, būtinas to darinio susidarymui, yra bent 10 kartų didesnis nei spiečiaus amžius.

Dulkėtas kosmosas

Kosminio teleskopo „Spitzer“ infraraudonųjų spindulių kameros pagalba nustatyta, kad supernovos Kasiopėjos A liekanose yra tiek dulkių, kad jų pakaktų 10 tūkst. Žemių susidarymui. Tas reiškinys vadinamas „rūkstančiu pistoletu“. Daugybė dulkių aptikta ir aplink už 8 šviesmečių nuo mūsų spėjamai esančią juodąją skylę.

Paukščių takas

Naujai sveriamas Paukščių takas

Tarptautinė astronomų grupė sukūrė dinaminį modelį, kuris rodo, kad mūsų galaktikos masė du kartus mažesnė už kaimyninės Andromedos galaktikos masę.

Paukščių tako masė dabar paskaičiuota tiksliau. Anksčiau ji buvo skaičiuota stebint žvaigždžių greičius galaktikos pakraščiuose, tačiau tai labai netikslu. Kolumbijos un-to mokslininkai stebėjo mūsų galaktikos žvaigždžių spiečius ir 2015-ais vasarą superkompiuteriu paskaičiavo galaktikos svorį gaudami 210 mlrd. mūsų Saulių masę.

A. Kupper’io vadovaujama komanda sukūrė naują metodą. Jie stebėjo Palomar 5*) spiečiaus “į srautą panašią struktūrą” ir jo nukrypimus. Jie sukūrė daugybę modelių, galinčių paaiškinti tokias fliuktuacijas. Atitinkantį stebėjimus modelyje mūsų daaktikos masė buvo lygi 210 mlrd. mūsų Saulių (su 20% paklaida). Ankstesne tikėtina reikšme laikyta 750-900 mlrd. Saulių masė, tačiau su didele 100% paklaida.

Tačiau nereiktų tiesiogiai lyginti šių skaičių, nes jie gauti matuojant skirtingas galaktikos vietas. Tai tarsi būtų labai tiksliai išmatuotas Užupio rajono gyventojų skaičius, o kitu matavimu būtų viso Vilniaus gyventojų skaičius. Kiti matavimai „svėrė“ platesnį, 1.8 mln. švm. skersmens sritį, o minėtame modulyje matuota 120 tūkst. švm. skersmens sritis (nes tolimesnės sriys neturėjo žymios įtakos Palomar 5). Iš tikro, sunku pasakyti, kur baigiasi Paukščių takas – tačiau dauguma jo žvaigždžių regimos 40 tūkst. švm. ribose. Toliau ją sudaro jau „tamsioji medžiaga“, kurios nemokame paskaičiuoti.

Daugiau apie galaktikas Palomar 5 žvaigždžių srautas

Neseniai astronomai nustatė, kad mūsiškė Paukščių tako galaktika įeina į galaktikų superspiečių, kurį pavadino havajų kalbos žodžiu Laniakėja („neišmatuojami dangūs“). Pavadinimą pasiūlė Kapiolani koledžo havajų kalbos dėstytojas Nava‘a Napoleonas. Naujuoju galaktikų judėjimo analizės metodu, panaudotu nustatant buvo Vynerio filtravimas.

Apžvelkime, kas tai yra galaktika? Kada žvaigždžių sankaupą galima pavadinti galaktika? Tam reikia, kad žvaigždės būtų taip susietos gravitacinių jėgų, kad jos negalėtų iš sankaupos išsilakstyti kas sau. Tad kuo daugiau žvaigždžių sankaupoje, tuo didesnė jų tarpusavio trauka. Taip Paukščių take yra apie 200-400 mln. žvaigždžių ir jos skersmuo apie 100 tūkst. švm. O štai garsiame Andromedos ūke (M31) jau apie 1000 mlrd. žvaigždžių, o skersmuo – 220 tūkst. švm. Didžiausia iš žinomų yra IC1001 galaktika Abelio spiečiuje – 100 trilijonų žvaigždžių ir 6 mln. švm. skersmuo. Tuo tarpu nykštukinė rutulinė Segue 2 (atrasta 2007 m.) teturi tik 800 žvaigždžių ir jos skersmuo „tik“ 250 švm.

Maža žvaigždžių sankaupa neišsilaksto, jei žvaigždžių judėjimo greičiai nėra dideli (iki 1 km/sek. 800-čiai žvaigždžių). Tuo tarpu Segue 2 žvaigždės juda 150 ir daugiau km/sek. Kaip čia yra – kas jas sulaiko? Pasirodo, jas sulaiko milžiniškas nematomas „tamsiosios materijos“ debesis. Tai medžiaga, gimusi kartu su Visata, jos yra kiekvienoje galaktikoje (ir, iš esmės, ji padėjo susiformuoti galaktikoms), tačiau skirtingomis proporcijomis (pvz., mūsų galaktikoje jos masė mažesnė už bendrą visų žvaigždžių masę, o Segue 2 atvirkščiai – jos yra apie 600 kartų daugiau.

Toliau – aišku, kad gali egzistuoti ir galaktikų sankaupos. Mūsų Paukščio takas (kaip ir Andromedos ūkas) įeina į Vietinės grupės galaktikų spiečių. Jos joje pačios stambiausios, tad spiečiaus gravitacinis centras yra tarp jų. Likusios maždaug 50 galaktikų daugiausia yra rutulinės nykštukinės galaktikos.

Laniakėja ir kaimynai Tačiau tuo istorija nesibaigia – galaktikų spiečiai patys spiečiasi į superspiečius. 2014 m. astronomų grupė vadovaujama Tuli iš Havajų įrodė, kad Vietinė grupė yra milžiniško Laniakėjos superspiečiaus pakraštyje. Laniakėja nusitęsusi per 520 mln. švm. ir joje apie 500 galaktikų spiečių. Bendra masė – apie 1017 Saulės masių. Jau buvo pastebėta, kad galaktikos mūsiškėje Visatoje juda tarsi jas trauktų kažkokia viena trauka – ir tad dabar paaiškėjo, kad tai Laniakėjos gravitacinis centras.

Laniakėją sudaro 4 pagrindiniai superspiečiai:

  • Mergelės (jam priklauso ir mūsų Vietinė galaktikų grupė);
  • Hidros-Kentauro;
  • Povo-Indėno;
  • Pietinis.

    Mūsų palydovės

    Mūsiškė Paukščių tako galaktika nėra vieniša. Ją supa kelios nykštukinės galaktikos. Stambiausia iš jų, SagDEG, Šaulio žvaigždyne nustatyta 1994 m. Ji yra 50 tūkst. švm. atstumu nuo mūsų galaktikos centro ir jos skersmuo dešimtys tūkstančių šviesmečių. Dvi kitos buvo žinomos nuo senų laikų: Didysis ir Mažasis Magelano debesys.

    Ir štai 2016 m. britų Kembridžo Astronomijos inst-to mokslininkai aptiko dar vieną Paukščių tako palydovę Crater 2. Ji, esanti už 380 tūkst. švm. pietų pusrutulio Taurės žvaigždyne, skleidžia šviesos 160 tūkst. kartų daugiau už Saulę, tačiau dėl atstumo nėra matoma plika akimi, nors jos skersmuo 7 tūkst. šviesmečių. Ją mokslininkai surado analizuodami dangaus apžvalgos VST ATLAS duomenis. Įtariama, kad greta Crater 2 yra dar 4 objektai: rutulinis spiečius Crater ir nykštukinės galaktikos Leo II, Leo IV, Leo V.

    Taip pat skaitykite: Apie Vietinę tuštumą Vietiniame lape
    Skverbiantis prie galaktikos centro

  • *) Palomar 5 yra kamuolinis žvaigždžių spiečius, kurį 1950 m. atrado vokiečių astronomas W. Baade (1893-1960), o po to 1955 m. ir amerikietis A.G. Vilsonas (1918-2012). Šiame spiečiuje vyksta išsiveržimas – daugelis žvaigždžių palieka spiečių „srauto“ pavidalu. To srauto masė yra lygi 5000 Saulių, o jo ilgis – 30 tūkst. šviesmečių.

    Parengė Cpt.Astera's Advisor

    Literatūra

    1. R.J. Reynolds. Ionizing the Galaxy// Science, vol. 277, Sept. 5, 1997
    2. B.D. Savage et al. Far Ultraviolet Explorer Observations of 0 VI Apsorption in the Galactic Halo// Astrophysical L. Letters, vol.538, No 1, July 20, 2000
    3. J. Bland-Hawthorn, R. J. Reynolds. Gas in Galaxies// Encycl. Of Astronomy & Astrophysics, 2000
    4. R.J. Reynolds, N. C. Sterling, L. M. Haffner. Detection of a Large Arc of Ionized Hydrogen...// Astrophysical J. Letters, vol. 558. No 2, Sept. 10, 2001
    5. K.M. Ferriere. The Interstellar Environment of Our Galaxy// Reviews of Modern Physics, vol. 73, No 4, 2005

    Papildomai skaitykite:
    Visatos modeliai
    Sprogimai Visatoje
    Tamsioji materija
    Lygiagrečios visatos
    Kai susiduria galaktikos...
    Paralaksas: matavimai kosmose
    Vieta, kur gimsta žvaigždės
    Paprasti ir neįprasti asteroidai
    Tamsioji materija ir energija
    Tolimojo poveikio reiškinys
    Nepaprastai masyvios ir ryškios
    Kometos, meteorai, krintančios žvaigždės ir kt.
    Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
    Nepaprastai suderinta Visatos sandara
    Išilginės bangos ir kelionės laike
    Stabilios būsenos teorija
    Šaltoji branduolių sintezė
    Juodųjų skylių portretas
    Tolimų planetų nuotraukos
    Antigravitacijos paieškos
    Elektrofoniniai garsai
    Slibino žvaigždynas
    Andromedos ūkas
    Erdvės ratilai
    Dangaus ženklai

    NSO apsireiškimai ir neįprasti fenomenai Lietuvos danguje ir po juo

    Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

    san-taka station

    UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life.

    Review of our site in English

    NSO.LT puslapis
    Vartiklis