Tähtitieteilijät eivät vieläkään voi sanoa tarkkaan kuinka monta galaksia on olemassa. Nykyinen arvio on jonnekin 200 miljaardin (2×10^11) ja 2 biljoonan välillä, ja tämä alue itsessään kertoo tarinan: aina kun teleskoopit paranivat heikkojen, kaukaisten valolaikkujen havaitsemisessa, lukumäärä nousi.
Galaksi, yksinkertaisimmassa muodossaan, on painovoimaisen koossa pidetty kokoelma tähtien, kaasun, pölyn ja pimeän aineen. Mutta "galaksi" kattaa valtavan joukon objekteja. Galaksit sisältävät keskimäärin noin 100 miljoonaa tähteä ja vaihtelevat alle tuhannen tähden kääpiöistä sataan biljoona tähden jättiläisiin, joista kukin kiertää galaksinsa massakeskustaa. Tämä artikkeli tarkastelee galakseja objektiluokaksi – kuinka ne luokitellaan, kuinka suuria ne tulevat, mitä ne pitää kasassa ja mikä tällä hetkellä pitää ennätystä pisimmälle.
Kuinka monta galaksia siellä on?
Hubble Deep Field, erittäin pitkä valotus suhteellisen tyhjästä taivaan osasta, antoi tähtitieteilijöille ensimmäisen todellisen otteen kysymyksestä: se tarjosi näytöt noin 125 miljardista (1,25×10^11) galaksista havaittavassa universumissa. Tämä luku näytti auktoritatiiviselta vuosia, pääasiassa siksi, että se tuli syvimmästä kuvasta, jonka avaruusteleskoopit olivat koskaan tuottaneet.
Sitten vuonna 2016 Nottinghamin yliopiston Christopher Conselicen johtama tutkimus, joka julkaistiin The Astrophysical Journalissa, yhdisti monia lisädatalähteitä ja nosti arvion vähintään kahteen biljoona (2×10^12) galaksiin havaittavassa universumissa punaiselle siirtymälle z=8 – noin kymmenen kertaa enemmän kuin mitä näkyy suoraan Hubblen kuvissa. Ero kahden luvun välillä ei ole virhe kummassakaan tutkimuksessa; se heijastaa kuinka monta galaksia on liian heikko, liian pieni tai liian kaukana jopa maamerkkikuvalle kuten Hubble Deep Field erittelemään erikseen.
Kääpiöistä jättiläisiin
Useimmilla galakseilla on halkaisija 1000-100000 parsekkia tai noin 3000-300000 valovuotta, ja ne on erotettu naapureistaan miljoonan parsekin suuruusluokan etäisyyksillä. Tämä aukko on tärkeä: tyypillisen galaksin oma leveys mitataan tuhansissa valovuosissa, mutta tyhjä tila sen ja seuraavan galaksin välillä mitataan miljoonissa.
Tämän 1000-100000 parsekin alueen sisällä on valtava väestön leviäminen. Kääpiögalaksi voi sisältää alle tuhannen tähteä, kun taas jättiläinen voi sisältää noin sata biljoona – noin yhdentoista suuruusluokan ero tähtien luvussa pienimpien ja suurimpien tunnettujen galaksien välillä.
Suurimmalla osalla galaksista et voi nähdä
Tähdet ja loistavat kaasut ovat se, mikä tekee galaksista näkyväksi, mutta ne eivät muodosta suurinta osaa sen massasta. Suurin osa tyypillisen galaksin massasta on pimeän aineen muodossa, ja vain muutama prosentti tästä massasta on näkyvissä tähtien ja sumuja muodossa. Toisin sanoen, valokuva näkyvä kirkastettu kiekko tai pullistuma on ohut näkyvä kerros jotakin paljon massiivisempaa, joka ei lainkaan säteile valoa.
Vihje, joka paljasti tämän, tuli liikkeestä, ei valosta. 1970-luvulla tähtitieteilijä Vera Rubin löysi ristiriidan galaksien havaitun pyörimisnopeuden ja vain niiden tähtien ja kaasun näkyvästä massasta ennustetun nopeuden välillä. Galaksin keskipisteestä kaukana olevat tähdet liikkuivat nopeammin kuin näkyvä aine voisi selittää – täsmälleen se epäsuhta, joka viittaa suureen näkymättömän massan varantoon, joka pitää galaksin kasassa.
Lajittelujärjestelmä, jota Hubble ei keksinyt
Useimmat galaksit lajitellaan käyttämällä Hubble-sekvenssiä, Edwin Hubblen vuonna 1926 julkaisemaa galaksien morfologista luokitusjärjestelmää. Huolimatta sen nimen kantamisesta, sen keksivät John Henry Reynolds ja Sir James Jeans; Hubble popularisoi ja julkaisi järjestelmän sen sijaan, että olisi keksinyt sen.
.jpg){kind=link}
Sekvenssin elliptisella haaralla on oma sisäinen asteikko. Elliptisia galakseja luokitellaan E0 - E7, seuraten sopimusta, jossa luokan numero on kymmenen kertaa galaksin elliptisyys, pyöristetty lähimpään kokonaislukuun – joten lähes pyöreä galaksi taivaalla luetaan E0:ksi, ja litistetty, pitkänomainen E7:ksi.
Elliptisen haaran ja klassisen virityshaarukan kaavion kahden spiraalisen haaran välillä on kolmas ryhmä. Hubble-virityshaarukan keskellä, jossa kaksi spiraaligalaksihaaraa ja elliptinen haara konvergoivat, on väliluokan galaksit, jotka tunnetaan lenticularina ja merkitään symbolilla S0 – eivät selvästi elliptisia eivätkä selvästi spiraali, vaan välimuoto.
Suurimmat muodot kosmisessa eläintarhassa
Elliptiset tuottavat myös suurimmat tunnetut galaksit. Suurimmat galaksit ovat ylijättiläisiä elliptisiä, joita kutsutaan myös cD-tyypin galakseiksi – erillinen nimitys tavallisesta elliptisesta luokasta, joka on varattu todellisille jättiläisille.
Jopa jättäen jättiläisluokan syrjään, tavalliset elliptiset galaksit yksin kattavat valtavan alueen: ne vaihtelevat suuresti sekä koossa että massassa, halkaisijat vaihtelevat 3000 valovuodesta yli 700000 valovuoteen ja massat 10^5 lähes 10^13 aurinkomassaan. Alueen yläpää on yli 200 kertaa leveämpi kuin alaosa.
Yksi elliptinen galaksi saavutti erilaisen ennätyksen. M87 (NGC 4486) isännöi supermassiiviista mustaa reikää, joka tuli ensimmäiseksi mustaksi reikäksi, jonka koskaan kuvattiin, Event Horizon Telescopen avulla – muuttaen jo koostaan huomattavan galaksin ensimmäisen suoran kuvan lähteeksi mustan reiän varjosta.
Kun galaksin ydin syttyy
Kaikki galaksin ytimen keskukset eivät istu hiljaa. Jotkut loistavat säteilyltä, ja äärimmäiset tapaukset ovat kvasaarit. Tunnettujen kvasaarien väliset etäisyydet vaihtelevat suuresti: lähin tunnettu kvassari, Markarian 231, on noin 581 miljoonaa valovuotta Maasta, kun taas toiset on löydetty niin kauas kuin UHZ1, noin 13,2 miljardia valovuotta – yli kahdenkymmenen kahden kerran etäisyys.
.jpg){kind=link}
Radioaallot paljastavat erityisen äärimmäisen galaksin. Alcyoneus on radiogalaksi, jolla on suurin havaittu radiosäteily kaikista tunnetuista galakseista, sen kerroksittaiset rakenteet kattavat 5 megaparsekia tai 16×10^6 valovuotta. Vertailun vuoksi toinen samankokoinen radiogalaksi on 3C 236, jonka kerroksittain leveys on 15 miljoonaa valovuotta – mikä tarkoittaa, että Alcyoneus-radiokerrokset yksin ulottuvat kauemmaksi kuin monet kokonaiset galaksijärjestelmät.
Sidottu yhteen miljardeihin
Galaksit ovat harvoin olemassa eristyksissä; useimmat kuuluvat suurempiin rakenteisiin, joita painovoima pitää kasassa. Galaksijärjestelmä sisältää tyypillisesti 100-1000 galaksia, kuumaa röntgensäteilyä lähettävää kaasua ja suuria määriä pimeää ainetta, joiden kokonaismassa on 10^14 - 10^15 aurinkomassaa ja halkaisijat 1-5 megaparsekia.
Vuosikymmeniksi järjestelmät omistivat suurimpien asioiden universumin otsikon: niiden uskottiin olevan universumissa tunnetuimmat rakenteet 1980-luvulle, jolloin ylijärjestelmät löydettiin ja syrjäyttivät ne ensimmäiseltä paikalta.
Järjestelmän täyttävä kaasu on mitä tahansa muuta kuin kylmä. Kuumentunut intraklusteri-väliaineen kaasu saavuttaa huippulämpötilan 30-100 miljoonan celsiusasteen välillä – tarpeeksi kuuma loistamaan röntgensäteissä, miten tähtitieteilijät havaitsevat sen suurimman osan aluksi.
Kauimpana olevat galaksit rekordissa
Etäisyysennätykset tähtitiedessä ovat yleensä lyhytaikaisia, ja GN-z11 on hyvä esimerkki siitä, miksi. Hubble Space Telescopella löydetty ja vuoden 2016 paperissa ilmoitettu, GN-z11 omisti otsikon vanhimpana ja kauimpana galaksina koskaan tunnistetuista havaittavassa universumissa, spektroskooppisella punaisen siirtymän z = 10,957 vastaavalla etäisyydellä noin 32 miljardia valovuotta – kunnes James Webb Space Telescope löysi JADES-GS-z13-0 vuonna 2022 ja otti ennätyksen.
Tämä kuuden vuoden hallitus on muistutus samasta mallista, joka näkyy galaksien lukumääräarvioissa: jokainen teleskoopin sukupolvi työntää tunnetun universumin reunat kauemmaksi, ja nykyinen ennätyksen haltija on vain kauimpana oleva galaksi, jonka joku on löytänyt niin pitkälle, ei välttämättä se, joka on kauimpana olemassa.