MiniNauka #29: Galaktyka Andromedy – największa galaktyka Grupy Lokalnej

MiniNauka #29: Galaktyka Andromedy – największa galaktyka Grupy Lokalnej

26 kwietnia 1920 roku w Muzeum Historii Naturalnej w Waszyngtonie odbyła się słynna Wielka Debata, w której udział wzięli Heber Curtis oraz Harlow Shapley. Ten pierwszy trzy lata wcześniej zaobserwował wybuch nowej w bardzo oddalonym od nas miejscu, które teraz nazywamy Galaktyką Andromedy; Shapley natomiast utrzymywał, że Droga Mleczna jest jedyną galaktyką w całym Wszechświecie. Dzisiaj, 98 lat później, wiemy już, który z nich miał rację, natomiast największa galaktyka Grupy Lokalnej wciąż skrywa przed nami mnóstwo tajemnic.

Gwoli ścisłości: Grupą Lokalną nazywamy grupę kilkudziesięciu powiązanych ze sobą grawitacyjnie galaktyk. Największe z nich to Droga Mleczna, Galaktyka Trójkąta i właśnie Galaktyka Andromedy, wokół których krążą pozostałe niewielkie galaktyki satelickie. Droga Mleczna jest najmasywniejsza (choć niektóre źródła przypisują pierwszeństwo Andromedzie, prawdopodobnie z powodu niedokładności pomiarów) natomiast to Galaktyka Andromedy jest tą, w której zawiera się najwięcej gwiazd. Spytacie – jakim więc cudem ma mniejszą masę, niż ta, w której my żyjemy? Jedynym wyjaśnieniem, jakie obecnie posiadamy, jest ciemna materia – w Drodze Mlecznej jest jej po prostu więcej, w efekcie czego, choć obserwowalnej materii mamy tutaj mniej, ogólna masa jest jednak większa. Ale to tylko drobna dygresja w ramach porównania; dzisiaj skupimy się przede wszystkim na Galaktyce Andromedy. Zacznijmy więc od początku.

MiniNauka #4: Czym właściwie jest ciemna materia?

Gwiazdozbiór Andromedy

W drugim wieku naszej ery starożytni Grecy mianem Andromedy ochrzcili jeden z gwiazdozbiorów widocznych na północnym niebie; mniej więcej w jego centralnej części znajdowała się wyjątkowo jasna gwiazda. Osiemset lat później jeden z perskich astronomów opisał tę gwiazdę jako małą chmurkę – jest to pierwszy udokumentowany przypadek potraktowania naszego obiektu jako coś innego niż zwykłą gwiazdę. Pierwsza udokumentowana obserwacja teleskopowa pojawiła się dopiero kolejne sześćset lat później – w historii zapisał się niemiecki astronom Simon Marius.

Jednakże to XIX wiek był wiekiem odkrywania Andromedy, choć jednocześnie był to czas wyciągania błędnych, wynikających z nieco uboższego stanu wiedzy wniosków. W 1864 Sir William Huggins zaobserwował, że widmo spektralne tej małej chmurki różni się od widm mgławic; na tej podstawie wysnuł hipotezę, że obiekt ma „naturę gwiazdową”, choć dziwną od reszty znanych gwiazd. 21 lat później zaobserwowano pierwszy i jedyny jak dotąd wybuch supernowej pochodzący z Galaktyki Andromedy, choć, należy zaznaczyć, ówcześnie wybuch potraktowany został jako nowa (taka słabsza supernowa). Zaledwie dwa lata później, w 1887 roku, Isaac Roberts wykonał fotografię, na której pierwszy raz uwieczniona została spiralna struktura Andromedy. Naoczny dowód nie przekonał jednak Robertsa, który uznał obiekt za tworzący się właśnie system planetarny, w dodatku umiejscowiony gdzieś wewnątrz Drogi Mlecznej.

W ten sposób doszliśmy do przytoczonej we wstępie Wielkiej Debaty. W 1917 roku Heber Curtis zaobserwował 12 wybuchów nowych; z obliczeń wynikało, że znajdowały się one pół miliona lat świetlnych od nas. Ewidentnie ich źródło musiało znajdować się poza Drogą Mleczną i na tej podstawie Curtis wysnuł wniosek, że te większe gwiazdopodobne mgławice, które obserwowano, to w istocie kompletnie różne galaktyki. W 1923 roku Edwin Hubble (ten sam, na którego cześć nazwano Teleskop Hubble’a) na podstawie własnych obserwacji obliczył odległość do Galaktyki Andromedy; wyszła mu wartość znacznie większa niż Curtisowi, ale wciąż, jak się okazało, dwukrotnie mniejsza, niż ta znana obecnie. Dziś astronomowie uważają, że najbliższa nam galaktyka znajduje się około dwóch i pół miliona lat świetlnych od nas, a także, co ciekawe, że dystans ten maleje o 110 kilometrów co każdą sekundę. Innymi słowy, leci prosto na nas.

Tabletowo.pl MiniNauka #29: Galaktyka Andromedy - największa galaktyka Grupy Lokalnej Ciekawostki Cykle Felietony

Galaktyka Andromedy w całej swej okazałości / zdjęcie z Wiki

Gdy „zderzają” się miliardy gwiazd

Rozszerzmy nieco definicję Galaktyki Andromedy. Obserwowana spiralna struktura została nazwana M31, natomiast bardzo blisko niej zaobserwowano coś jeszcze. M32, bo tak nazwany został obiekt, okazał się galaktyką satelicką Andromedy. W dodatku galaktyką bardzo starą – eliptyczna struktura składa się przede wszystkim z białych karłów i gwiazd neutronowych, czyli, innymi słowy, z gwiazd już martwych lub gwiazd w ostatnim stadium ewolucji, w zależności od definicji. M32 odkryta została już w 1749 roku, natomiast z oczywistych względów nie została za galaktykę uznaną. Obecnie ten błąd został już naprawiony; warto przy tym wiedzieć, iż jest to pierwsza zaobserwowana galaktyka eliptyczna.

Do M32 jeszcze wrócimy, ale skupmy się przez chwilę na wspomnianej wcześniej Galaktyce Trójkątnej. Aktualnie jest ona trzecią co do wielkości galaktyką w Grupie Lokalnej, choć przepaść pomiędzy pierwszą a drugą jest dość spora; jej masa wynosi zaledwie jedną dziesiątą masy Drogi Mlecznej. Jednakże, jak się okazuje, mniej więcej dwa miliardy lat temu Galaktyka Trójkątna mogła być w rankingu masy nie trzecią, a czwartą galaktyką. A skoro tak, to znaczy, że całkiem niedaleko nas (w skali Grupy Lokalnej) musiało istnieć jeszcze jedno olbrzymie skupisko gwiazd. Jedyną możliwością na to, by tak dużo gwiazd „zmieniło właściciela”, jest zderzenie galaktyk. Czy też, żeby być bardziej precyzyjnym, połączenie się galaktyk. A jeszcze bardziej precyzyjnym – pochłonięcie jednej galaktyki przez drugą.

Domyślacie się już, czym jest M32? Najnowsze doniesienia mówią, że jest to pozostałość rdzenia tej trzeciej co do wielkości galaktyki w Grupie Lokalnej! Bardzo zwarta struktura najwyraźniej uchroniła go przed rozerwaniem na kawałki. Bo gdy galaktyki zderzają się, to wygląda to niczym tasowanie talii kart. To może zabrzmieć niewiarygodnie, ale według modeli symulacyjnych, w trakcie łączenia się galaktyk do zderzeń gwiazd i planet dochodzi naprawdę rzadko. Odległości wciąż pozostają kosmicznie duże, a samo „zderzenie” trwa setki milionów lat. Efektem jest oczywiście powstanie nowej galaktyki, ale również, co ciekawe, powstanie warunków sprzyjającym powstawaniu nowych gwiazd. Podczas zderzenia mieszają się bowiem te wszystkie galaktyczne obłoki gazowe; chaotyczne siły grawitacyjne zbijają wiele z nich w nowe mgławice, w których na nowo rozpoczyna się proces tworzenia gwiazd. O samych gwiazdach więcej pisałem dwa tygodnie temu, więc jeśli ktoś jeszcze nie widział, to zapraszam do nadrobienia – link podrzuciłem na dole materiału. Poniżej zaś znajdują się trzy fantastyczne zdjęcia przedstawiające zderzenia galaktyk w różnym stadium zderzenia.

Tabletowo.pl MiniNauka #29: Galaktyka Andromedy - największa galaktyka Grupy Lokalnej Ciekawostki Cykle Felietony

Zdjęcia wykonane przez Teleskop Hubble’a; pierwsze od lewej przedstawia początek zderzenia, niżej widoczne jest bardziej zaawansowane stadium zderzenia, zaś po prawej widzimy niemal nową galaktykę / źródła: 1, 2, 3

Towarzyszka Drogi Mlecznej

Wiemy więc, że przeszłość Galaktyki Andromedy była dość burzliwa, natomiast wciąż nie mamy pewności, jak bardzo. Nasza Droga Mleczna również pochłonęła już kilka galaktyk – orbitujące obecnie wokół niej małe galaktyki satelickie to nic innego jak właśnie pozostałości tych większych, pochłoniętych przez nią eony temu. Być może niegdyś Grupa Lokalna składała się głównie z wielkich galaktyk, a nie tylko ich pozostałości. Jeśli tak, to oznacza to tylko jedno – jesteśmy już bliżej niż dalej.

Powodem jest fakt, iż Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy również się zderzą. Już pierwsze obserwacje wykazały, że jej gwiazdy zdają się do nas przybliżać, natomiast aż do 2012 roku nie mieliśmy pewności, czy galaktyki po prostu się nie miną. Oczywiście nawet bliski przelot wywołałby spore zamieszanie, ale nijak nie można by go porównywać z bezpośrednim zderzeniem. Jednakże obserwacje wykonane przez Teleskop Hubble’a 6 lat temu upewniły nas, że za około cztery miliardy lat nocne niebo będzie jeszcze piękniejsze niż obecnie. Dużo, dużo piękniejsze. Skoro już teraz Galaktykę Andromedy możemy zobaczyć gołym okiem, to sami możecie sobie wyobrazić, jak nieziemski widok będzie rozświetlał nocne niebo, gdy zamiast 2,5 miliona lat świetlnych będzie nas dzielił zaledwie ułamek tej odległości.

Co ciekawe, nasze symulacje zderzenia są na tyle niedokładne, że nie mamy pewności, co stanie się z Układem Słonecznym. Rozstrzał jest na tyle duży, że nasze małe poletko może zostać zarówno rozerwane przez supermasywną czarną dziurę powstałą w wyniku połączenia się supermasywnych czarnych dziur obu galaktyk, jak i wyrzucone całkowicie poza nowopowstałą galaktykę. Z pewnością z czasem będziemy dysponowali coraz większą ilością danych i będziemy w stanie wykorzystać je do opracowania dokładniejszych symulacji, ale te, które są teraz, dość dobrze obrazują nasz stan wiedzy. Jak to często w tym cyklu powtarzam: wiemy, że nic nie wiemy.

Przewidywania naukowców są takie, że Galaktyka Trójkątna w dalekiej przyszłości również połączy się z Milkomedą/Milkodromedą; w efekcie Grupa Lokalna stanie się teatrem jednego aktora. Grupa Lokalna jest bowiem tylko jedną z setek grup w Supergromadzie Laniakei, która jest jedną z milionów supergromad tworzących Wszechświat. Sama Grupa Lokalna stanowi około 0,00000000001% całego Wszechświata. I choć wciąż obejmuje obszar o średnicy około dziesięciu milionów lat świetlnych, to jest to dla nas granica nie do przekroczenia.

Tabletowo.pl MiniNauka #29: Galaktyka Andromedy - największa galaktyka Grupy Lokalnej Ciekawostki Cykle Felietony

Przygotowana przez NASA wizualizacja „na moment przed zderzeniem” Andromedy z Drogą Mleczną / źródło: nasa

Jak to się skończy?

Słowo klucz to rozszerzanie, a konkretnie – rozszerzanie się Wszechświata. Z obserwacji wynika, że tempo rozszerzania się cały czas wzrasta i już w tym momencie jest na tyle duże, że gdybyśmy tu i teraz wzięli statek kosmiczny i polecieli poza Gromadę Lokalną tak szybko, jak tylko pozwalają nam prawa fizyki (czyli teoretycznie niemal z prędkością światła), nigdzie byśmy nie dolecieli. Inne gromady nie są bowiem aż tak mocno powiązane grawitacyjnie; istnieje jakiś wspólny środek masy Supergromady Laniakei, ale poszczególne jej części są tak bardzo oddalone, że w efekcie rozszerzania się Wszechświata grawitacja nie ma tu żadnej mocy sprawczej. Gromada Lokalna, jak i inne drobne gromady, ostatecznie zawierać będą tylko jedną galaktyk. I wszystkie te gromady będą się od siebie coraz bardziej oddalać.

W pewnym momencie odległości staną się tak duże, że dolatujące do Grupy Lokalnej pojedyncze fotony będą nie do zaobserwowania. Na nocnym niebie nie będzie widać nic, tylko czerń. Jeśli w takiej galaktyce pojawi się jakaś cywilizacja, to nigdy nie będzie w stanie dowiedzieć się tego, co my wiemy. Nigdy nie pozna początków Wszechświata i nigdy nie przyjdzie jej do głowy, że w kosmosie mogą istnieć jakiekolwiek inne galaktyki. Nie będzie miała żadnych obserwacyjnych potwierdzeń prawdziwej natury rzeczywistości.

Jeśli wyobrażenie sobie takiej pustki powoduje u Ciebie dziwne, niepokojące uczucie, to dobrze, to prawidłowa reakcja na dość smutną i absolutnie nieuniknioną przyszłość. Jest to jednak przyszłość odległa o okres dosłownie przekraczający nasze zrozumienie, więc najlepiej uznać to tylko za ćwiczenie dla wyobraźni i nic ponadto. To, co można zrobić teraz, to spróbować zaobserwować Galaktykę Andromedy gołym okiem. Na jesiennym, nocnym i pozbawionym miejskich źródeł światła niebie, Andromeda zajmuje nawet trzy wielkości Księżyca, przy czym oczywiście intensywnie widać głównie jej centrum. W którym miejscu można ją obserwować? To już możecie wyguglować sobie na własną rękę. Do następnego!

źródła: space, space, syfywiki, wiki, kurzgesagt

MiniNauka #27: Od pyłu do wielkich kul plazmy, czyli słów kilka o gwiazdach

_
#MiniNauka to cykl, w ramach którego staram się przekuwać swoje naukowe (czy raczej popularnonaukowe) zainteresowania w treści popularyzujące wiedzę o świecie i zjawiskach w nim zachodzących. Poruszam się po obszarach fizyki, kosmosu i technologii przyszłości, nierzadko sięgając po inne, powiązane dziedziny, przy zachowaniu przystępnej formy i względnie prostego języka.

Jeżeli znalazłeś literówkę w tekście, to daj nam o tym znać zaznaczając kursorem problematyczny wyraz, bądź zdanie i przyciśnij Shift + Enter lub kliknij tutaj. Możesz też zgłosić błąd pisząc na maila.

Komentarze

Mediaexpert - telewizory z produktem za 1zł
Logowani/Rejestracja jest chwilowo wyłączona