Слънчогледната галактика, Messier 63, наклонена спрямо нашата видимост, като едната половина изглежда по-мръсна от другата. Това е развиваща се спирална галактика, която не е имала съществено сливане напоследък и е само донякъде по-спирала-у (или флокулентна) от нашата собствена. (ESA / HUBBLE & NASA)

Какво беше, когато млечният път се оформи?

Преди милиарди години Млечният път щеше да бъде неузнаваем. Ето как прие модерната си форма

Галактиката Млечен път може да е само един от трилиони в наблюдаваната Вселена, но е уникално специален като нашия космически дом. Съставени от няколкостотин милиарда звезди, около трилион слънчеви маси на стойност тъмна материя, свръхмасивна централна черна дупка и множество газове и прах, всъщност сме донякъде типични за съвременните галактики. Ние не сме сред най-големите или най-малките галактики, нито сме в свръхмасивен клъстер или се намираме в изолация.

Това, което ни прави специални, е колко сме еволюирали. Някои галактики израстват бързо, изтощавайки горивото си и ставайки „червени и мъртви“, когато загубят способността да образуват нови звезди. Някои галактики претърпяват големи сливания, превръщайки се от спирали в елиптични, когато това се случи. И други преживяват огромни приливни смущения, водещи до метене, раздути спираловидни ръце. Не Млечният път обаче. Израснахме точно както очаквате. Ето как стигнахме до там

Галактиката на Вихъра (M51) изглежда розова по протежение на спиралните си рамена поради голямо количество образуване на звезди, което се случва. В този конкретен случай гравитационно взаимодействаща с галактиката Вирпул близка галактика задейства това звездно образуване, но всички спирали, богати на газ, показват някакво ниво на новорождението. (НАСА, ESA, S. BECKWITH (STSCI), И HUBBLE HERITAGE TEAM STSCI / AURA))

Понастоящем галактики като Млечния път са невероятно често срещани. Ето някои свойства, които обикновено показват:

  • стотици милиарди звезди,
  • концентриран във формата на палачинка,
  • заобиколен от кълбовидни клъстери в халообразна форма,
  • съдържащи спирални рамена, които се простират радиално навън за десетки хиляди светлинни години,
  • с централна черта, подобна на изпъкнала област,
  • огромно количество газ и прах, концентрирани в галактическата равнина,
  • и млади звездообразуващи региони, където газът и прахът са най-гъсти.

Такъв бегемот упражнява огромно гравитационно дърпане, действащо върху всичко останало наблизо. Можете да разпознаете подобна галактика отдалеч, като звездната светлина се излъчва от нея като нейно характерно предаване. Но не можеше да е така завинаги. Това, което знаем като нашата Вселена, започна с Големия взрив преди около 13,8 милиарда години, а галактиките не винаги могат да бъдат по този начин. Всъщност, ако погледнем достатъчно назад, можем да видим, че разликите започват да се появяват.

Галактиките, сравними с днешния Млечен път, са многобройни, но по-младите галактики, които са подобни на Млечния път, по своята същност са по-малки, по-сини, по-хаотични и по-богати на газ като цяло от галактиките, които виждаме днес. За първите галактики от всички този ефект стига до крайност. Колкото и да сме виждали, галактиките се подчиняват на тези правила. (НАСА И ЕКА)

В сравнение с Млечния път и други галактики, подобни на Млечния път, които виждаме днес, галактиките бяха:

  • по-млади, както се доказва от увеличаване на младите звезди,
  • по-синя, тъй като най-сините звезди умират най-бързо,
  • по-малки, защото галактиките се сливат заедно и привличат повече материя във времето,
  • и по-малко спираловидни, защото виждаме само най-ярките части на най-активните, далечни звездообразуващи галактики.

Нашата галактика днес, с други думи, е резултат от 13,8 милиарда години космическа еволюция, където голям брой малки прото-галактики се сляха заедно и привлякоха допълнителна материя в тях. Ние сме това, което остава, след като безброй други галактики са погълнати от нашите собствени.

Образуване на звезди, газови мостове и неправилно оформени галактики са само част от характеристиките, възникващи в групата на Хиксън Компакт 31. Компактните групи често могат да илюстрират как се появяват галактическите сливания в различни етапи и обстоятелства. (НАСА / STSCI / WIKISKY / HUBBLE и WIKIMEDIA КОМОНИ ПОТРЕБИТЕЛ НА ПРИЯТЕЛЯ)

Историята как изградихме нашия Млечен път е като да изградим гигантска структура от LEGOs. Само, вместо LEGO да останат същите с течение на времето, те активно променят формата си, докато сглобяваме нашата структура. Би било като да започнем с всички парчета, за да съберем 100 различни бойци X-Wing LEGO, и да се завъртим със Star Destroyer, когато приключихме.

Галактиките, виждате ли, не просто растат, като привличат други галактики и се сливат заедно, за да образуват по-големи. Галактиките също се развиват, което означава, че:

  • завъртане,
  • образуват звезди,
  • фуния въпрос към центъра,
  • генерират вълни на плътност по протежение на спиралните си рамена,
  • привличане на допълнителна материя извън галактиката по космически нишки,
  • и променяйте формата и ориентацията въз основа на останалите галактики и материя, която попада в тях.
Многоволнова композиция от взаимодействащи галактики NGC 4038/4039, антените, показващи техните имена приливни опашки в радио (блус), минали и скорошни звездни раждания в оптични (бели и щифтове) и селекция от настоящи звездообразуващи региони в mm / submm ( портокали и жълти). Вмъкване: Първите тестови изгледи на mm / submm на ALMA в ленти 3 (оранжев), 6 (кехлибар) и 7 (жълт), показващи детайли, надминаващи всички други изгледи в тези дължини на вълната. ((NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); HST (NASA, ESA и B. WHITMORE (STSCI)); J. HIBBARD, (NRAO / AUI / NSF); NOAO / AURA / NSF )

Докато най-ранните прото-галактики, които в крайна сметка прераснаха в Млечния път, може да са се образували само 200-250 милиона години след Големия взрив, космическата еволюция продължава през цялото това време.

Първият етап е формирането на най-ранните звезди и звездни клъстери, което отнема около 100 милиона години, и се формира от девствения материал (водород и хелий), останал от Големия взрив. Тези звездни клъстери се развиха бързо, което доведе до много бърз край на живота на техните звезди. Когато тези звезди умряха, те замърсиха междузвездната среда с тежки елементи, които след това родиха второто поколение звезди. По времето, когато са минали 200 до 300 милиона години, звездни клъстери са се слели помежду си, създавайки най-първите галактики.

Галактиките, които в момента са подложени на гравитационни взаимодействия или сливания, почти винаги също образуват нови, ярки, сини звезди. Простият срив е начинът да се образуват звезди в началото, но по-голямата част от звездната формация, която виждаме днес, е резултат от по-насилствен процес. Неправилните или изтръпнали форми на такива галактики са ключов подпис, че това се случва и доказателствата за тези сливания могат да се върнат назад, доколкото нашите телескопи могат да видят в момента. (НАСА, ЕКА, П. OESCH (УНИВЕРСИТЕТ ГЕНЕВА) И М. МОНТЕС (УНИВЕРСИТЕТ НА НОВИ ЮЖНИ ВАЛИ))

След това космическата мрежа започва да се оформя. С течение на времето гравитацията може да достига все по-големи и по-големи разстояния, което води до падане на по-големи мащаби на материята. Когато падне буца, която е по-малка от ранната галактика, тя се разкъсва и прилича внимателно във вътрешността на галактиката и бавно, където той може просто да се абсорбира във времето.

Тези малки сливания са често срещани и всичко, което достига до около една трета от масата на общата галактика, попада в тази категория. Всички вътрешни структури, като спираловидни рамена, области, образуващи звезди, щанга или издатина, всички трябва да останат непокътнати. Междувременно допълнителният газ и прах осигурява ново гориво за новите поколения звезди. Образуването на звезди обикновено се засилва по време на събития на сливания, дори и незначителни. През първите 2 или 3 милиарда години този процес беше често срещан.

Когато във Вселената се случват големи сливания на галактики със същия размер, те образуват нови звезди от водорода и хелия, които присъстват в тях. Това може да доведе до силно увеличени темпове на образуване на звезди, подобно на това, което наблюдаваме в близката галактика Хениз 2–10, намираща се на 30 милиона светлинни години. Тази галактика вероятно ще се развие, след сливане, в гигантски елиптичен. (X-RAY (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL); RADIO (NRAO / AUI / NSF); OPTICAL (NASA / STSCI))

Но с течение на времето и Вселената се разширява, сливанията стават средно по-рядко срещани, но по-важни. Галактиките се сплотяват и струпват заедно в групи с много различни размери, но понякога могат да образуват големи галактически клъстери със стотици или дори хиляди пъти по-голяма от масата на нашата собствена местна група. Тези плътни галактически клъстери са едни от най-зрелищните забележителности във Вселената, но те също са сравнително редки: по-голямата част от масата и по-голямата част от галактиките се намират в малки групи като нашите, а не в масивните клъстери, които виждаме така преобладаващо в нашата Вселена. Докато изминат 4 или 5 милиарда години, стана ясно, че никога няма да станем част от масивен клъстер.

Важно е обаче тези сливания да бъдат малки. Ако преживеем основна, при която се сблъскват две галактики с еднакъв размер, те могат да предизвикат огромен изблик на образуване на звезди, който може да използва целия наличен звездообразуващ газ и да "смеси" материята в галактиката.

Свръхмасивният, сливащ се динамичен галактичен клъстер Abell 370, с гравитационна маса (предимно тъмна материя) е изведен в синьо. Много елиптични галактики се намират в масивни клъстери като този в резултат на големи сливания, възникнали преди милиарди години. Все още има голям брой спирали, тъй като общата маса на този галактически клъстер може да надхвърли хиляда пъти от тази на местната група. (NASA, ESA, D. HARVEY (SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TEHNOLOGY), R. MASSEY (DURHAM UNIVERSITY, UK), HUBBLE SM4 ERO TEAM AND ST-ECF)

Това обикновено води до създаването на гигантска елиптична галактика: тази, която образува звезди наведнъж в огромни числа и след това никога повече. Това е крайният етап на еволюцията на галактиката за повечето галактики, но тя разчита на множество големи галактики, които се разбиват заедно. Тази реализация помага да се обясни защо гигантските елиптици са често срещани в масивни галактически клъстери, но много по-рядко в групи или в изолация.

За създаването на голямо сливане е необходима голяма маса, изградена във времето. Докато една галактика е достатъчно масивна (както в размер на Млечния път или съпоставим), има наличен материал за образуване на нови звезди (газ). Стига галактиките да имат ъглов импулс и предпочитана ос на въртене (което правят при липса на голямо сливане) и стига да имат достатъчно време да се установят в стабилна форма (която имат всички, освен ако не е имало скорошно голямо сливане), очакваме те да имат спирална форма.

Изолираната галактика MCG + 01–02–015, всичките си самотни за над 100 000 000 светлинни години във всички посоки, в момента се смята за най-самотната галактика във Вселената. Характеристиките, които се виждат в тази галактика, са в съответствие с това, че тя представлява масивна спирала, която се е образувала от дълга поредица от малки сливания, но е била относително тиха на този фронт в продължение на милиарди години. (ESA / HUBBLE & NASA И N. GORIN (STSCI); ПРИЗНАВАНЕ: JUDY SCHMIDT)

Нашият Млечен път вероятно е нараснал от поредица прото-галактики, които се настаниха в спираловидна форма, след което постепенно изкопаха много от по-малките галактики, присъстващи в Местната група. Ние дори не събрахме по-голямата част от тях; тази чест отива на нашия съсед, Андромеда. Нито сме готови: днес има спътникови галактики, които се сливат с нас, и няколко галактики в покрайнините ни, като двата Магеланови облака, които вероятно ще бъдат погълнати в следващите няколкостотин милиона години.

Космическата история, довела Млечния път, е един от оцеляването на най-големите. Когато става въпрос за доминиране на галактиката, масата е преобладаващият фактор.

С течение на времето тази плоска, подобна на диск форма започна да се навива. Нашите спираловидни ръце станаха по-изразени и развиха повече завои в тях. Шпорите слезеха от оръжията и гравитационните взаимодействия доведоха до това да образуваме звезди по опашните краища на нашата галактика. Допълнителен газ потече в покрайнините, в крайна сметка се стичаше до центъра.

Докато галактиките продължават да се развиват, те също развиват функции, които бихме могли да разпознаем. В най-гъстата област на материята се образува централна издутина. Има пътища, които са по-успешни в задвижването на материята в сърцевината: централна лента се развива и расте. Динамиката на газ и звезди кара галактиката да стане още по-тънък диск и да се разпростира към краищата, увеличавайки се в радиус, но намалявайки в дебелината.

И накрая, тъй като гравитацията прави неизбежното, всички галактики, свързани заедно, в крайна сметка ще се слеят. Самият Млечен път е предназначен след около 4 милиарда години за сливане с Андромеда.

Поредица от снимки, показващи сливането на Млечния път-Андромеда и как небето ще изглежда различно от Земята, както се случва. Това сливане ще се случи приблизително на 4 милиарда години в бъдеще, като огромен изблик на образуване на звезди ще доведе до червена и мъртва елиптична галактика без газове: Milkdromeda. Единична, голяма елиптична е евентуалната съдба на цялата местна група. (НАСА; Z. LEVAY и R. VAN DER MAREL, STSCI; T. HALLAS; И A. MELLINGER)

Космическата история, довела до Млечния път, е непрекъсната еволюция. Вероятно сме се образували от стотици или дори хиляди по-малки галактики от ранен стадий, които са се слели заедно. Спиралните рамена вероятно са се образували и са били унищожени много пъти от взаимодействия, само за да се формира отново от въртящата се, богата на газ природа на развиваща се галактика. Образуването на звезди се е случило вътре във вълни, често предизвикано от малки сливания или гравитационни взаимодействия. И тези вълни на звездообразуване довели до увеличаване на скоростта на свръхнови и обогатяване с тежки метали. (Което звучи като любимото занимание след училище.)

Тези непрекъснати промени все още настъпват и ще стигнат до приключване милиарди години в бъдеще, когато всички галактики на Местната група се слеят заедно. Всяка галактика има своя уникална космическа история и Млечният път е само един типичен пример. Докато сме пораснали, все още се развиваме.

Допълнително четене на това каква е била Вселената, когато:

  • Как беше, когато Вселената се надуваше?
  • Какво беше, когато за първи път започна Големият взрив?
  • Как беше, когато Вселената беше най-горещата?
  • Как беше, когато Вселената за първи път създаде повече материя от антиматерия?
  • Как беше, когато Хигс даде маса на Вселената?
  • Как беше, когато за първи път направихме протони и неутрони?
  • Какво беше, когато загубихме последната си антиматерия?
  • Как беше, когато Вселената направи първите си елементи?
  • Как беше, когато Вселената за първи път направи атоми?
  • Как беше, когато във Вселената нямаше звезди?
  • Как беше, когато първите звезди започнаха да осветяват Вселената?
  • Какво беше, когато загинаха първите звезди?
  • Как беше, когато Вселената направи второто си поколение звезди?
  • Как беше, когато Вселената направи първите първи галактики?
  • Какво беше, когато звездна светлина за пръв път проби неутралните атоми на Вселената?
  • Какво беше, когато се образуваха първите свръхмасивни черни дупки?
  • Как беше, когато животът във Вселената за пръв път стана възможен?
  • Какво беше, когато галактиките образуваха най-голям брой звезди?
  • Какво беше, когато се оформиха първите обитаеми планети?
  • Как беше, когато космическата паяжина се оформи?

Starts With A Bang вече е на Forbes и е публикуван отново на Medium благодарение на нашите привърженици на Patreon. Итън е автор на две книги, „Отвъд галактиката“ и „Трекнология: Наука за звездното пътуване от трикрилите до Warp Drive“.