Astronómovia stále nemôžu povedať presne, koľko galaxií existuje. Súčasný odhad je niekde medzi 200 miliardami (2×10^11) a 2 bilióny, a tento rozsah sám rozpráva príbeh: zakaždým, keď sa ďalekohľady zlepšili pri zisťovaní slabých, vzdialených svetelných fliecok, počet vyskočil.
Galaxia je v jej najjednoduššej forme gravitačne viazaná zbierka hviezd, plynu, prachu a tmavej hmoty. Ale "galaxia" pokrýva obrovské spektrum objektov. Galaxie obsahujú v priemere asi 100 miliónov hviezd a pohybujú sa od trpaslíkov s menej ako tisíckou hviezdami po supergiganty so sto bilióny hviezdami, z ktorých každá obieha okolo stredu hmoty svojej galaxie. Tento článok skúma galaxie ako triedu objektov – ako sú klasifikované, ako veľké sa stanú, čo ich drží pohromade a ktorá v súčasnosti drží rekord v najvzdialenejšom.
Koľko galaxií je tam vonku?
Hubble Deep Field, mimoriadne dlhá expozícia relatívne prázdnej časti neba, dala astronómom svoju prvú skutočnú predstavu o otázke: poskytla dôkazy asi 125 miliárd (1,25×10^11) galaxií v pozorovateľnom vesmíre. Toto číslo vyzeralo autoritatívne počas rokov, primárne preto, že pochádza z najhlbšieho snímku, ktorý kedy vesmírne ďalekohľady vytvorili.
Potom v roku 2016 kombinovala štúdia vedená Christopherom Conselice z Nottinghamskej univerzity, zverejnená v The Astrophysical Journal, mnohé ďalšie zdroje údajov a posunutá odhad na najmenej dva bilióny (2×10^12) galaxií v pozorovateľnom vesmíre do červeného posunu z=8 – približne desaťkrát viac, ako sa priamo vidí v obrázkoch Hubbla. Medzi dvoma číslami nie je chyba v žiadnej zo štúdií; odráža, koľko galaxií je príliš slabých, príliš malých alebo príliš vzdialených na to, aby ich vyriešil aj orientačný obrázok ako Hubble Deep Field.
Od trpaslíkov po supergiganty
Väčšina galaxií má priemer 1 000 až 100 000 parsekov, alebo približne 3 000 až 300 000 svetelných rokov, a sú od svojich susedov oddelené vzdialenosťami rádovo milióny parsekov. Tá medzera je dôležitá: vlastný priemer typickej galaxie sa meria v tisícoch svetelných rokov, ale prázdny priestor medzi ňou a ďalšou galaxiou sa meria v miliónoch.
V tomto rozsahu od 1 000 do 100 000 parsekov existuje obrovský rozptyl populácií. Trpaslíka galaxia môže obsahovať menej ako tisíc hviezd, zatiaľ čo supergigant môže obsahovať približne sto bilióny – rozdiel približne jedenásť rádov v počte hviezd medzi najmenšími a najväčšími známymi galaxiami.
Väčšinu galaxie nemôžeš vidieť
Hviezdy a svietiaci plyn sú to, čo robí galaxiu viditeľnou, ale netvoria väčšinu jej hmoty. Väčšina hmoty v typickej galaxii je vo forme temnej hmoty, pričom len niekoľko percent tejto hmoty je viditeľné vo forme hviezd a hmlovín. Inými slovami, jasný disk alebo vybočenie, ktoré sa objavuje na fotografii, je tenká viditeľná vrstva nad niečím oveľa masívnejším, ktoré vôbec nevysieľa žiadne svetlo.
Nápoveda, ktorá to odhalila, pochádza z pohybu, nie zo svetla. V 70. rokoch astronomka Vera Rubin zistila nesúlad medzi pozorovanou rýchlosťou rotácie galaxií a rýchlosťou predpovedanou iba viditeľnou hmotou ich hviezd a plynu. Hviezdy ďaleko od stredu galaxie sa pohybovali rýchlejšie, ako by viditeľná hmota mohla vysvetliť – presne taký druh nezrovnalosti, ktorý poukazuje na veľké zásobovanie neviditeľnou hmotou držiace galaxiu pohromade.
Triedny systém, ktorý Hubble neobjavil
Väčšina galaxií sa triedi pomocou Hubblovej sekvencie, morfologického schémy klasifikácie galaxií zverejneného Edwinom Hubbom v roku 1926. Napriek tomu, že nesie jeho meno, vynašli ho John Henry Reynolds a Sir James Jeans; Hubble schému popularizoval a vydal, namiesto aby ju vynašiel.
.jpg){kind=link}
Eliptická vetva sekvencie má svoju vlastnú vnútornú škálu. Eliptické galaxie sú klasifikované od E0 do E7, podľa konvencie, kde je číslo triedy desať krát eliptickosť galaxie, zaokrúhlené na najbližšie celé číslo – takže takmer kruhová galaxia na oblohe čita ako E0 a zploštená, predĺžená čita ako E7.
Medzi eliptickou vetvou a dvoma špirálnovými vetvami klasického strojeného vidlicového diagramu leží tretia skupina. V centre Hubbleovej viničky, kde sa stretávajú dve špirálne vetvy galaxií a eliptická vetva, leží medziľudská trieda galaxií známa ako čočkovité a označená symbolom S0 – ani jasne eliptická, ani jasne špirálna, ale tvar medzi nimi.
Najväčšie tvary v kozmickej zoo
Eliptické tiež vyrábajú najväčšie známe galaxie. Najväčšie galaxie sú nadgiganty eliptické, tiež nazývané cD-type galaxie – samostatné označenie z bežnej eliptickej triedy, rezervované pre pravých obroch.
Dokonca aj bez nadgigantskej triedy, bežné eliptické galaxie sami pokrývajú obrovský rozsah: veľmi sa líšia veľkosťou aj hmotnosťou, s primermi od 3 000 svetelných rokov po viac ako 700 000 svetelných rokov a hmotnosťami od 10^5 do skoro 10^13 slnečných hmotností. Tento horný koniec rozsahu je dobre viac ako 200-krát širší ako dolný koniec.
Jedna eliptická galaxia dosiahla iný rekord. M87 (NGC 4486) je domov superviazkej čiernej diery, ktorá sa stala prvou čiernou dierou akokoľvek fotografovanou, Teleskopom horizont udalostí – čím sa galaxia už pozoruhodná pre svoju veľkosť do zdroja prvého priameho obrazu tieňa čiernej diery.
Keď sa jadro galaxie zapáli
Ani jedno galaktické jadro nesedí ticho. Niektoré svieti od žiarenia, a najextremálnejšie prípady sú kvasary. Vzdialenosti medzi známymi kvazármi sa veľmi líšia: najbližší známy kvazár, Markarian 231, je asi 581 miliónov svetelných rokov od Zeme, zatiaľ čo ostatní boli objavení tak ďaleko ako UHZ1, asi 13,2 miliárd svetelných rokov vzdialenosti – medzera viac ako dvadsať dva krát vzdialenosť.
.jpg){kind=link}
Rádiové vlny odhaľujú iný typ extrémnej galaxie. Alcyoneus je rádiová galaxia s najväčšou pozorovanou rádiovou emisiou všetkých známych galaxií, jej lobovité štruktúry pokrývajúce 5 megaparsekov, alebo 16×10^6 svetelných rokov. Na porovnanie, ďalšia podobne veľká rádiová galaxia je 3C 236, s lobmi 15 miliónov svetelných rokov v priemer – čo znamená, že Alcyoneus' rádiové loby samotné sa naťahujú ďalej ako mnohé celé galaxie zhluky.
Viazané spolu v miliardách
Galaxie existujú zriedka v izolácii; väčšina patrí k väčším štruktúram držianym pohromade gravitáciou. Zhluk galaxií obsahuje zvyčajne 100 až 1 000 galaxií, horúci röntgenový paprskami emitujúci plyn a veľké množstvo temnej hmoty, s celkovými hmotnosťami od 10^14 do 10^15 slnečných hmotností a primermi od 1 do 5 megaparsekov.
Desaťročia držali zhluky titul najväčších vecí vo vesmíre: boli považované za najväčšie známe štruktúry vo vesmíre až do 80. rokov, keď boli objavené superzhluky a vytlačili ich z prvého miesta.
Plyn, ktorý vypĺňa zhluk, je čokoľvek iné ako chladný. Zohriaty intrachuť-médium plyn má špičkovú teplotu medzi 30 a 100 miliónmi stupňov Celzia – dosť horúco, aby žiar v röntgenových lúčoch, ako astronómovia prvýkrát objavujú veľa z toho.
Ďaleko vzdialená galaxia na rekordy
Rekordy vzdialenosti v astronómii majú tendenciu byť krátkodobé a GN-z11 je dobrým príkladom prečo. Objavené s Hubbleovým vesmírnym ďalekohľadom a oznámené v roku 2016 papiera, GN-z11 držal titul najstaršej a ďaleko vzdalenejšej galaxie akokoľvek identifikovanej v pozorovateľnom vesmíre, so spektroskopickým červeným posunom z = 10,957 zodpovedajúcim správnej vzdialenosti asi 32 miliárd svetelných rokov – kým James Webb Space Teleskop nenašiel JADES-GS-z13-0 v roku 2022 a prevzal rekord.
Táto šesťročná vláda je pripomienkou toho istého vzoru viditeľného v odhadoch počtu galaxií: každá generácia ďalekohľadu tlačí známe okraje vesmíru ďalej, a súčasný držiteľ rekordu je iba ďaleko vzdialená galaxia, ktorú niekto kedy našiel, nie nevyhnutne tá, ktorá existuje.