galaktisten fossiilien Metsästys

kun tähtitieteilijät tähyilevät taivaalle, hekin katsovat ajassa taaksepäin. Kun tutkijat tarkkailevat galaksia, joka on miljardin valovuoden päässä Maasta, he näkevät myös, miten tähtijärjestelmä ilmestyi miljardi vuotta menneisyydessä, koska galaksista tuleva valo kesti miljardi vuotta saavuttaakseen heidän instrumenttinsa. Tämä muuttaa teleskoopit aikakoneiksi, joiden avulla tähtitieteilijät voivat tutkia muinaista kosmista historiaa. Toisin kuin maata kiertävät arkeologit, jotka tutkivat vanhoja kiviä, tähtitieteilijät tutkivat kuitenkin alkuvalosta tehtyjä fossiileja.

• Aloittelijan opas Lcdm-universumiin
  onko mahdollista, että kaukaiset galaksit etääntyvät meistä valonnopeutta nopeammin? Katso tarkka kuva universumista, joka perustuu Lambdan kylmän pimeän aineen malliin, joka on tämän hetken paras kosmologinen malli.
• lähde: CassiopeiaProject

galaksien alkuperä ja evoluutio ovat kaksi aktiivisimmin tutkittua aluetta astrofysiikassa. Valtava todistusaineisto on saanut kosmologit vakuuttuneiksi siitä, että maailmankaikkeus syntyi tiettynä ajankohtana, noin 13,6 miljardia vuotta sitten, superkuumana ja superkuumana energisen säteilyn tulipallona, joka tunnetaan alkuräjähdyksen tapahtumana.
nykyään Lambdan kylmän pimeän aineen (tai LCDM) malli on viimeisin inkarnaatio ymmärryksestämme kosmoksen alkuperästä. Se edustaa alkuräjähdysteorian parantamista siten, että suurin osa maailmankaikkeuden fyysisestä substanssista koostuu pimeäksi aineeksi kutsutusta aineesta.
vaikka sitä ei voida havaita nykyisillä instrumenteilla, kosmologit uskovat pimeän aineen koostuvan kylmästi hitaasti liikkuvista hiukkasista, jotka eivät lähetä sähkömagneettista säteilyä tai Sirota valoa, joten nekin näkyvät tummina. Pimeän aineen gravitaatiovaikutus voidaan kuitenkin havaita näkyvällä materiaalilla, kuten galakseilla ja taustasäteilyn havainnoilla.

• Clumpy early universe
  Pienet pimeän aineen halot voidaan nähdä sulautuvan tässä Lambdan kylmän pimeän aineen teoriaan perustuvassa varhaisen maailmankaikkeuden tietokonesimulaatiossa. Jatkoajalla fuusiot tuottavat proto-galaksin.

teorian nimissä oleva Lambda selittää pimeän energian läsnäolon, hypoteettisen voiman, joka näyttää kiihdyttävän kaikkeuden laajenemista. Teorian julkaisivat alun perin vuonna 1984 yhdysvaltalaiset fyysikot Joel R. Primack, George Blumenthal ja Sandra Moore Faber. Nykyään sitä kutsutaan myös standardikosmologiseksi malliksi.
Lcdm-teorian mukaan maailmankaikkeus oli äärimmäisen kuuma, huomattavan sileä ja oleellisesti homogeeninen heti alkuräjähdyksen jälkeen. Pieniä tiheyden vaihteluita, alle yksi osa sadastatuhannesta, alkoi kuitenkin ilmaantua ja kasvaa. Maailmankaikkeuden jäähtyessä pimeän aineen möhkäleet alkoivat tiivistyä ja niiden sisälle muodostui kaasumolekyylejä. Tässä vaiheessa maailmankaikkeus koostui lähes yksinomaan vedystä, heliumista ja pimeästä aineesta. Tämä on ajanjakso, jolloin kosminen taustasäteily säteili.

kaasu ja pimeä aine vetivät gravitaatiomaisesti puoleensa tiheämmän alueen alueita ja muodostivat haloja, jotka edustivat ensimmäisten galaksien siemeniä. Kun halot muuttuivat massiivisemmiksi, ne alkoivat luhistua oman painonsa alle ja muuttuivat protobalakseiksi. Pian tämän jälkeen halojen sisällä olevat vety-ja heliumkaasut alkoivat muodostaa ensimmäisiä tähtiä. Sitten ajan myötä halot yhdistyivät muodostaen yhä suurempia galakseja.

• renkaat ja kaaret eivät ole ainoa todiste muinaisten satelliittien fuusioista. Tämä animaatio simuloi lukuisten seuralaisgalaksien yhdistymistä ja osoittaa, että Plumet, keihäät, piikit ja kuoret, jotka ympäröivät päägalaksia, ovat myös mahdollisia.
• malli-animaatioluoto: James Bullock (UC Irvine)

tietokonesimulaatioiden avulla teoreetikot ovat voineet seurata aineen kehitystä maailmankaikkeudessa lyhyestä alkuräjähdyksen jälkeisestä ajasta viime aikoihin asti. Nämä simulaatiot väittävät, että galaksien muodostuminen kylmän pimeän aineen läsnä ollessa tapahtuu hierarkkisesti – ensimmäiset galaksit, jotka muodostuvat, ovat pieniä kääpiöitä, ja nämä myöhemmin yhdistyvät muodostaen asteittain suurempia tähtijärjestelmiä. Siksi suuret galaksit, kuten Linnunrata, ovat ajan mittaan kuluttaneet ainakin sata pientä kääpiögalaksia. Monet niistä saattavat kuitenkin sekoittua niin perusteellisesti emobalaksinsa tähtiin, ettei niitä ole enää helppo tunnistaa.
taivaassa tehdyt fuusiot
tämän prosessin näyttävin ilmentymä saattaa olla verrannollisen kokoisten galaksien yhteenliittyminen suurena fuusiona tunnetussa prosessissa. Nämä tapahtumat johtavat usein spiraalikuvion tuhoutumiseen molemmissa yhdistyvissä galakseissa. Suuret fuusiot voivat myös laukaista tähtipurkauksia. Tällaiset tapahtumat ovat olleet suhteellisen harvinaisia viimeisten muutaman miljardin vuoden aikana, ja vain pieni osa suurista galakseista on mukana jatkuvassa suuressa fuusiossa missä tahansa vaiheessa.
kuitenkin pienten fuusioiden, joissa kääpiösatelliittigalaksi hajoaa huomattavasti massiivisemman seuralaisen toimesta, odotetaan olevan huomattavasti yleisempiä. LCDM-mallin mukaan pieniä fuusioita pitäisi tapahtua vielä tänäkin päivänä. Koska suuremman kumppanin tähtilevy ei tuhoudu pienen fuusion aikana, merkkejä viimeaikaisista tai meneillään olevista tapahtumista pitäisi olla havaittavissa monien spiraalien ympärillä, jotka ovat yleisin suuren galaksin tyyppi.
kosmiset leivänmurut

• Sagittarius-kääpiögalaksi
  Linnunradan Jousimiehen vuorovesivirran voidaan nähdä ulottuvan Sagittarius-kääpiön tiheästä “ytimestä”, kietoutuvan galaksin ympärille ja laskevan auringon sijainnin läpi.
• Animation credit David Law/University of Virginia

vuoroveden ebb ja virtaus syntyvät, kun Kuu vetää puoleensa planeettaamme ja sen valtameriä eri tavalla. Samoin suuri spiraali muuttaa maata kiertävän satelliittigalaksin siten, että se vetää toista puolta voimakkaammin kuin toista. Samalla osa satelliitin tähdistä poistuu kuin leivänmurujälki, josta jää fossiiliaineisto tähtien vuorovesirakenteen muodossa. Niiden sulautumisen aikana satelliittigalaksin tähdet voidaan vetää pitkiksi virroiksi, kerrostua valtaviksi jätekuoriksi tai pyyhkäistä valtaviin sateenvarjon muotoisiin rakennelmiin, jotka ympäröivät emobalaksia ja jotka pysyvät havaittavina useita miljardeja vuosia kuin jättimäinen kosminen muinaisjäännös.
todisteita ensimmäisestä tähtivirrasta löydettiin Linnunradan galaksista 90-luvulla. Sagittarius-Kääpiösprinttinä tunnettu pieni satelliittigalaksi kiertää kohtisuoraa rataa Linnunradan leveään tähtitasoon nähden, mikä saa sen kulkemaan galaksimme läpi. Jokaisen levyn läpi kulkevan läpimenon myötä tähdet poistuvat muodostaen ohuen virran.
Jousimiehen kääpiögalaksin löytymisen jälkeen kotigalaksissamme halossa on havaittu yli 15 tähtivirtaa ja Andromedan galaksissa, joka on lähin galaktinen naapurimme.
todisteet paikallisen ryhmän ulkopuolisista vuorovesivirtauksista ovat kuitenkin olleet viime aikoihin asti enimmäkseen anekdoottisia.

• galaksi kuplassa. NGC3521 sijaitsee noin 35 miljoonan valovuoden etäisyydellä pohjoisesta Leon tähdistöstä. Tämä uusi syvä kuva esittää useita roskakuoria, jotka todistavat aiempien fuusioiden yhden tai useamman satelliittigalaksin kanssa.
• Photo credit: R. Jay GaBany Cosmotography.com

Paikallisen ryhmän
lisäksi Tri David Martínez-Delgado Max Planck Institute for Astronomy-instituutista on kuuden viime vuoden ajan johtanut kansainvälistä ammatti-ja harrastelijatähtitieteilijöiden ryhmää, joka on etsinyt Tähtivirtoja kahdeksan läheisen spiraalin ympäriltä Paikallisen ryhmän ohi analysoimalla erittäin syviä kuvia, jotka on tuotettu vaatimattoman kokoisilla, kaupallisesti saatavilla olevilla instrumenteilla. Heidän ponnistelujensa ansiosta löydettiin kuusi laajaa tähtirakennelmaa, jotka ympäröivät useita tutkittuja galakseja. Nämä aiemmin havaitsemattomat piirteet tulkittiin sirpaleiksi tidally disrupted satelliiteista. Lisäksi heidän tutkimuksensa vahvisti ja selvensi useita valtavia tähtien piirteitä, joista oli aiemmin raportoitu mutta joita ei koskaan tulkittu fossiilitodisteiksi pienistä fuusioista.

• Sateenvarjogalaksi NGC4651 sijaitsee Coma Berenicesin tähdistössä ja sijaitsee noin 35 miljoonan valovuoden päässä planeetastamme. Tämä uusi näkymä näyttää todisteita aiemmista fuusioista yhden tai useamman satelliittigalaksin kanssa.
  tähtijätteen kuori, jonka ilmeisesti lävisti kapea vuorovesikeihäs, on yhdenmukainen standardimalliin perustuvien ennustusten kanssa.
• Photo credit: R. Jay GaBany Cosmotography.com

galaksijoukolla oli odottamattomia, hyvin erilaisia ominaisuuksia, kuten Linnunradan Jousimiehenvirtaa muistuttavia suuria ympyränmuotoisia piirteitä, kaukaisia kuoria ja jättiläismäisiä vuorovesiroskapilviä sekä galaktisista levyistä nousevia suunnattomia suihkumaisia piirteitä. Yhdessä jo häiriintyneiden seuralaisten jäännösten kanssa havainnot ikuistivat myös elossa olevia satelliitteja, jotka jäivät kiinni vuorovesihäiriön seurauksena.
aiemmin vuonna 2011 valmistui uusi kuva NGC 3521: stä, joka parantaa tutkimusta varten alun perin kerättyjä tietoja. Tämä tähtijärjestelmä sijaitsee 35 miljoonan valovuoden päässä planeetastamme kohti pohjoista Leon tähdistöä, ja se on luokiteltu klassisesti flokkulentiksi galaksiksi, koska sen spiraalirakennetta peittää osittain valtava määrä ainetta.
uusi erittäin syvä kuva paljastaa kuitenkin todisteita yhdestä tai useammasta aiemmasta fuusiosta kääpiögalaksien kanssa, jotka jättivät havaittavia alarakenteita, kuten sen itäpuolella näkyvän lähes pallomaisen pirstalepilven ja lännessä suuren, pitkänomaisen pilven. Molemmat esittävät sirpalekuoria, jotka kuuluvat sateenvarjomaiseen rakenteeseen, joka on samanlainen kuin NGC 4651: n kuvissa. Mutta niiden väljempi ulkonäkö viittaa siihen, että ne kertyivät paljon kauemmas menneisyydessä. Lisäksi galaksia ympäröi kupla, jossa on useita sirpalekuoria, jotka voivat olla lisätodisteita muinaisista fuusioista.
muissakin flokkulenteissa galakseissa on osoitettu olevan tähtivirtojen jäänteitä, kuten NGC 5055 (M63), mikä on saanut jotkut spekuloimaan, että ilmiö saattaa liittyä aiempiin pienempiin fuusioihin.
vertailu tietokonesimulaatioihin vahvisti Delgadon ryhmän havaitsemien rakenteiden poikkeuksellisen moninaisuuden. Vuorovesiominaisuuksien olemassaolo kaukaisten galaksien ympärillä, jotka vaikuttavat normaaleilta kaikilta muilta osin, ja niiden vastaavuus LCDM-simulaatioihin muodostivat uuden todisteen siitä, että standardimalli koskee myös kaukaisia galakseja, jotka muistuttavat Linnunrataa.
kosmisten arkeologien tavoin tähtitieteilijät kaivavat muinaista valoa löytääkseen totuuden galaksien synnystä ja kehityksestä. Tähtivirrat, jotka ovat jäänteitä lcdm-teorian ennustamasta hierarkkisesta fuusioprosessista, tunnistettiin ensimmäisen kerran Linnunradasta ja muista Paikallisen ryhmän galakseista. Nyt vastaavia rakenteita on nähty paljon kaukaisemmissakin galakseissa. Yhdessä nämä havainnot tukevat nykyistä best-teoriaa, joka selittää, miten maailmankaikkeus ja kaikki sen sisällä on saanut alkunsa ja kehittynyt nykypäivään.
tieteellisen tiedon kirja on kuitenkin kirjoitettu löyhille lehtisivuille, joita tarkistetaan, lajitellaan uudelleen ja joskus poistetaan ajan myötä, kun uutta tietoa kaivetaan esiin. Siksi, toisin kuin maahan sidottuja fossiileja, mitään kosmologista ei pitäisi pitää kiveen kaiverrettuna, koska aina on jotain uutta tulossa päivänvaloon aivan horisonttimme yläpuolella.
lue myös:
– pilottitutkimus vaatimattomilla Aukkoteleskoopeilla
– Malliuniversumi