Astronomové stále nemohou přesně říci, kolik galaxií existuje. Současný odhad je někde mezi 200 miliardami (2×10^11) a 2 biliony, a tento rozsah sám vypovídá příběh: pokaždé, když se teleskopy zlepšily v detekci slabých, vzdálených skvrn světla, počet vyskočil.
Galaxie je ve své nejjednoduší formě gravitačně vázaná sbírka hvězd, plynu, prachu a temné hmoty. Ale "galaxie" pokrývá obrovské spektrum objektů. Galaxie obsahují v průměru asi 100 milionů hvězd a pohybují se od trpaslíků s méně než tisíc hvězd k nadóbrům se sto biliony hvězd, z nichž každý obíhá kolem středu hmotnosti své galaxie. Tento článek se zabývá galaxiemi jako třídou objektů – jak jsou klasifikovány, jak velké se stanou, co je drží pohromadě a která v současné době drží rekord v nejvzdálenější.
Kolik galaxií je tam venku?
Hubble Deep Field, extrémně dlouhá expozice relativně prázdného kusu nebe, dala astronomům jejich první skutečné pojetí otázky: poskytla důkazy asi 125 miliard (1,25×10^11) galaxií v pozorovatelném vesmíru. Toto číslo vypadalo autoritativně po léta, především proto, že pochází z nejhlubšího snímku, který kdy vesmírné teleskopy vytvořily.
Pak v roce 2016 kombinovala studie vedená Christopherem Conselice z University of Nottingham, publikovaná v The Astrophysical Journal, mnoho dalších zdrojů dat a posunula odhad na nejméně dvě biliony (2×10^12) galaxií v pozorovatelném vesmíru do rudého posuvu z=8 – přibližně desetkrát více, než se přímo vidí v snímcích Hubbla. Mezera mezi dvěma čísly není chybou v žádné z těchto studií; odráží, kolik galaxií je příliš slabých, příliš malých nebo příliš vzdálených na to, aby je i orientační snímek jako Hubble Deep Field vyřešil jednotlivě.
Od trpaslíků k nadóbrům
Většina galaxií má průměr 1 000 až 100 000 parseků, nebo přibližně 3 000 až 300 000 světelných let, a jsou od svých sousedů odděleny vzdálenostmi řádově milionů parseků. Tato mezera je důležitá: vlastní průměr typické galaxie se měří v tisících světelných let, ale prázdný prostor mezi ní a další galaxií se měří v milionech.
V tomto rozsahu 1 000 až 100 000 parseků existuje obrovský rozptyl populací. Trpasličí galaxie může obsahovat méně než tisíc hvězd, zatímco nadóbr může obsahovat přibližně sto biliony – rozdíl přibližně jedenáct řádů v počtu hvězd mezi nejmenšími a největšími známými galaxiemi.
Většinu galaxie nemůžeš vidět
Hvězdy a zářící plyn jsou to, co činí galaxii viditelnou, ale nezačíná to převážnou část její hmotnosti. Největší část hmoty v typické galaxii je v podobě temné hmoty, přičemž pouze několik procent této hmoty je viditelné ve formě hvězd a mlhovin. Jinými slovy, jasný disk nebo boule, která se v fotografii zobrazuje, je tenký viditelný vrstva přes něco mnohem masivnějšího, které vůbec nevysílá žádné světlo.
Náznak, který to odhalil, pochází z pohybu, ne ze světla. V 70. letech astronomka Vera Rubinová zjistila nesrovnalost mezi pozorovanou úhlovou rychlostí galaxií a rychlostí předpovídanou pouze viditelnou hmotou jejich hvězd a plynu. Hvězdy daleko od středu galaxie se pohybovaly rychleji, než by viditelná hmota mohla vysvětlit – přesně ten druh neshody, který ukazuje na velké zásobní neviditelné hmoty, která drží galaxii pohromadě.
Třídící systém, který Hubble nevynalezl
Většina galaxií se třídí pomocí Hubbleovy sekvence, schématu morfologické klasifikace galaxií zveřejněného Edwinem Hubblem v roce 1926. Přestože nese jeho jméno, vynalezli jej John Henry Reynolds a Sir James Jeans; Hubble schéma popularizoval a publikoval, spíše než ho vynalézl.
.jpg){kind=link}
Eliptická větev sekvence má svou vlastní vnitřní stupnici. Eliptické galaxie se klasifikují od E0 do E7, podle konvence, kde je číslo třídy desetkrát elipticity galaxie, zaokrouhlené na nejbližší celé číslo – takže téměř kruhová galaxie na obloze čte jako E0, a zploštělá, prodloužená čte jako E7.
Mezi eliptickou větví a dvěma spirálovitými větvemi klasického diagramu ladidla leží třetí skupina. V centru Hubbleova ladidla, kde se setkávají dvě spirálové větve galaxií a eliptická větev, leží mezimédia třída galaxií známá jako čočkovité a označená symbolem S0 – ani jasně eliptická, ani jasně spirálová, ale tvar mezi nimi.
Největší tvary v kosmické zoologické zahradě
Eliptické také vyrábějí největší známé galaxie. Největší galaxie jsou nadóbí eliptické, také nazývané galaxie typu cD – oddělené označení od běžné eliptické třídy, vyhrazené pro skutečné obra.
Dokonce i bez nadóbří třídy, běžné eliptické galaxie samy pokrývají obrovský rozsah: velmi se liší v tom, jakou jsou velikost a hmotnost, s průměry od 3 000 světelných let až nad 700 000 světelných let a hmotnostmi od 10^5 až téměř 10^13 hmotnosti slunce. Tento horní konec rozsahu je dobře přes 200krát širší než nižší konec.
Jedna eliptická galaxie dosáhla jiného rekordu. M87 (NGC 4486) je domovem supermásivní černé díry, která se stala prvním černou dírou kdy fotografovanou, pomocí Event Horizon Telescope – vytváření galaxie již pozoruhodné pro svou velikost do zdroje první přímé obrázku stínu černé díry.
Když se jadro galaxie rozsvítí
Ani jedno galaktické jádro nesedí tiše. Některé se zářou od záření, a nejextrémnější případy jsou kvasary. Vzdálenosti mezi známými kvasary se velmi liší: nejbližší známý kvazar, Markarian 231, je přibližně 581 milionů světelných let od Země, zatímco ostatní byly objeveny tak daleko jako UHZ1, přibližně 13,2 miliardy světelných let – mezera více než dvacetidva krát vzdálenost.
.jpg){kind=link}
Rádiové vlny odhalují jiný typ extrémní galaxie. Alcyoneus je rádiová galaxie s největším pozorovaným radiálním vyzařováním jakékoli známé galaxie, její lalokité struktury pokrývající 5 megaparseků, nebo 16×10^6 světelných let. Pro srovnání, další podobně velká rádiová galaxie je 3C 236, s lalůčky 15 milionů světelných let na šíř – to znamená, že Alcyoneusovy radiální lalůčky samy se táhnou dále než mnoho celých seskupení galaxií.
Svázáno v miliardách
Galaxie se jen zřídka vyskytují v izolaci; největší part patří větším strukturám drženým pohromadě gravitací. Seskupení galaxií obsahuje obvykle 100 až 1 000 galaxií, horké rentgenování emitující plyn a velké množství temné hmoty, s celkovými hmotnostmi od 10^14 do 10^15 hmotnosti slunce a průměry od 1 do 5 megaparseků.
Desítky let drži seskupení titul největších věcí ve vesmíru: byla považována za největší známé struktury ve vesmíru až do 80. let, kdy byla objevena superseskupení a vytlačila je z prvního místa.
Plyn, který vyplňuje seskupení, je cokoliv jiného než studený. Vyhřátý intraseskupovací médium plyn má špičkovou teplotu mezi 30 a 100 miliony stupňů Celsia – dost horké na to, aby se zářilo v rentgenech, což je, jak astronomové v první řadě objevují mnohem.
Nejdále vzdálená galaxie na rekordu
Rekordy vzdálenosti v astronomii mají tendenci být krátkodobé, a GN-z11 je dobrým příkladem proč. Objevené s Hubbleovým vesmírným dalekohledem a oznámeném v roce 2016 papír, GN-z11 držel titul nejstarší a nejdále vzdálené galaxie kdy identifikované v pozorovatelném vesmíru, se spektroskopickým rudým posunem z = 10,957, odpovídající správné vzdálenosti přibližně 32 miliard světelných let – dokud James Webb Space Telescope nenašel JADES-GS-z13-0 v roce 2022 a neprevedl rekord.
Toto šestileté panství je připomínkou stejného vzoru viděného v odhadech počtu galaxií: každá generace dalekohledu tlačí známé hranice vesmíru dále, a současný držitel rekordu je pouze nejdele vzdálená galaxie, kterou doposud někdo našel, ne nutně ta nejdele, která existuje.