Galaktycznego polowania na skamieliny

kiedy astronomowie patrzą w niebo, również spoglądają w przeszłość. Kiedy naukowcy obserwują galaktykę znajdującą się miliard lat świetlnych od Ziemi, widzą również, jak układ gwiezdny pojawił się miliard lat w przeszłości, ponieważ światło z galaktyki zajęło miliard lat, aby dotrzeć do ich instrumentów. Przekształca to teleskopy w wehikuły czasu, które umożliwiają astronomom badanie starożytnej historii kosmosu. Jednak w przeciwieństwie do archeologów ziemskich, którzy badają stare skały, astronomowie badają skamieniałości wykonane z pierwotnego światła.

• Przewodnik dla początkujących po wszechświecie LCDM
  czy odległe galaktyki mogą oddalać się od nas szybciej niż prędkość światła? Zobacz dokładny obraz wszechświata w oparciu o model zimnej ciemnej materii Lambda, najlepszy obecnie model kosmologiczny.
• źródło: CassiopeiaProject

pochodzenie i ewolucja galaktyk to dwa najbardziej aktywnie badane obszary w astrofizyce. Przytłaczająca masa dowodów przekonała kosmologów, że wszechświat powstał w określonym momencie, Około 13,6 miliarda lat temu, w postaci super gorącej, super gęstej kuli energii promieniowania znanej jako wydarzenie Wielkiego Wybuchu.
dzisiaj Model Lambda Cold Dark Matter (lub LCDM) jest najnowszym wcieleniem naszego zrozumienia o pochodzeniu kosmosu. Stanowi on udoskonalenie teorii Wielkiego Wybuchu poprzez założenie, że większość substancji fizycznej we wszechświecie składa się z materiału zwanego ciemną materią.
chociaż nie można jej wykryć przez obecne Instrumenty, kosmolodzy uważają, że ciemna materia składa się z zimnych, wolno poruszających się cząstek, które nie emitują promieniowania elektromagnetycznego ani nie rozpraszają światła, dlatego też wydają się ciemne. Jednak grawitacyjny wpływ ciemnej materii można zaobserwować na widzialny materiał, taki jak galaktyki i obserwacje promieniowania tła.

• Clumpy early universe
  w tej komputerowej symulacji wczesnego wszechświata opartej na teorii zimnej ciemnej materii Lambda można zaobserwować scalanie się małych aureoli ciemnej materii. Po nadgodzinach Fuzje tworzą protoplastę.

Lambda w nazwie teorii wskazuje na obecność ciemnej energii, hipotetycznej siły, która wydaje się przyspieszać ekspansję wszechświata. Teoria została pierwotnie opublikowana w 1984 roku przez amerykańskich fizyków Joela R. Primacka, George ‘ a Blumenthala i Sandrę Moore Faber. Obecnie jest również określany jako standardowy model kosmologiczny.
zgodnie z teorią LCDM, Wszechświat był intensywnie gorący, niezwykle gładki i zasadniczo jednorodny zaraz po Wielkim Wybuchu. Jednak małe wahania gęstości, mniej niż jedna część na sto tysięcy, zaczęły pojawiać się i rosnąć. Gdy Wszechświat ochłodził się, kępy ciemnej materii zaczęły się kondensować, a w ich wnętrzu formowały się cząsteczki gazu. W owym momencie wszechświat składał się niemal wyłącznie z wodoru, helu i ciemnej materii. Jest to okres, w którym emitowane było kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła.

gaz i ciemna materia zostały przyciągnięte grawitacyjnie do obszarów o większej gęstości i utworzyły aureole, które reprezentowały nasiona pierwszych galaktyk. Gdy aureole stały się bardziej masywne, zaczęły zapadać się pod własnym ciężarem i stały się proto-galaktykami. Wkrótce potem wodór i hel w halosach zaczęły tworzyć pierwsze gwiazdy. Następnie, z biegiem czasu, aureole połączyły się tworząc coraz większe galaktyki.

• pierścienie i łuki nie są jedynym dowodem połączenia starożytnych satelitów. Ta animacja symuluje łączenie się licznych galaktyk towarzyszących i pokazuje, że możliwe są również pióropusze, włócznie, kolce i muszle otaczające galaktykę pierwotną.
• kredyt na Animacje modelek: James Bullock (UC Irvine)

symulacje komputerowe umożliwiły teoretykom śledzenie ewolucji materii we wszechświecie od krótkiego czasu po Wielkim Wybuchu aż do niedawna. Symulacje te twierdzą, że tworzenie się galaktyk w obecności zimnej ciemnej materii zachodzi hierarchicznie – pierwsze galaktyki, które się tworzą, to małe Karły, które następnie łączą się, tworząc coraz większe układy Gwiezdne. Dlatego Duże galaktyki, takie jak Droga Mleczna, musiały z czasem pochłonąć sto lub więcej małych galaktyk karłowatych. Jednak wiele z nich może być tak dokładnie wymieszanych z gwiazdami macierzystej galaktyki, że nie są już łatwe do zidentyfikowania.
Fuzje dokonane w niebie
najbardziej spektakularnym przejawem tego procesu może być koalescencja porównywalnych rozmiarów galaktyk w procesie znanym jako główne Fuzje. Zdarzenia te często skutkują zniszczeniem spiralnego wzoru w obu łączących się galaktykach. Duże Fuzje mogą również powodować wybuchy gwiazd. Takie zdarzenia były stosunkowo rzadkie w ciągu ostatnich kilku miliardów lat i tylko niewielki procent dużych galaktyk jest zaangażowanych w trwającą poważną fuzję w dowolnym momencie.
jednak oczekuje się, że mniejsze Fuzje, które wiążą się z zakłóceniem karłowatej galaktyki satelitarnej przez znacznie masywniejszego towarzysza, będą znacznie bardziej powszechne. Zgodnie z modelem LCDM do dziś powinny mieć miejsce niewielkie Fuzje. Ponieważ dysk gwiezdny większego partnera nie jest niszczony podczas drobnej fuzji, oznaki niedawnych lub trwających zdarzeń powinny być widoczne wokół wielu Spiral, najczęstszego typu dużej galaktyki.
kosmiczne okruchy chleba

• galaktyka karła Strzelca
  strumień pływu Strzelca Drogi Mlecznej rozciąga się od gęstego “jądra” karła Strzelca, owijając się wokół galaktyki i schodząc przez pozycję Słońca.
• animation credit David Law/University of Virginia

przypływy i odpływy pływów powstają, gdy Księżyc przyciąga naszą planetę i jej oceany w różny sposób. Podobnie duża spirala deformuje orbitującą galaktykę satelitarną, wywierając silniejszy nacisk z jednej strony niż z drugiej. Podczas tego procesu niektóre z gwiazd satelity są usuwane jak ślad okruchów chleba, który pozostawia zapis kopalny w postaci gwiezdnej struktury pływowej. Podczas fuzji gwiazdy z galaktyki satelitarnej mogą zostać wciągnięte w długie strumienie, złożone w ogromne skorupy szczątków lub zmiecione w ogromne struktury w kształcie parasola, które otaczają galaktykę macierzystą i pozostają wykrywalne przez kilka miliardów lat jak gigantyczna kosmiczna relikwia.
dowód na to, że pierwszy strumień gwiazd został odkryty w galaktyce Drogi Mlecznej w latach 90. ta mała galaktyka satelitarna, znana jako Eliptyczny Karzeł Strzelca, krąży po prostopadłej drodze do szerokiej płaszczyzny gwiezdnej Drogi Mlecznej, powodując, że przechodzi przez naszą galaktykę. Z każdym przejściem przez dysk gwiazdy są usuwane tworząc cienki strumień.
od czasu odkrycia galaktyki karłowatej Strzelca zidentyfikowano ponad 15 strumieni gwiazd w naszej macierzystej galaktyce halo, a 4 odkryto w Galaktyce Andromedy, naszej najbliższej sąsiadce galaktycznej.
jednak do niedawna ślady pływów poza Grupą lokalną były w większości anegdotyczne.

• galaktyka w bańce. NGC 3521 znajduje się w odległości około 35 milionów lat świetlnych od konstelacji Lwa północnego. Ten nowy głęboki obraz przedstawia wiele odłamków, które świadczą o wcześniejszych połączeniach z jedną lub więcej galaktykami satelitarnymi.
• fot. R. Jay GaBany Cosmotography.com

poza lokalną grupą
przez ostatnie sześć lat dr David Martínez-Delgado z Instytutu Astronomii Maxa Plancka kierował międzynarodowym zespołem profesjonalnych i amatorskich astronomów poszukujących strumieni gwiazd wokół ośmiu pobliskich Spiral poza lokalną grupą, analizując ultra-Głębokie obrazy wytwarzane za pomocą skromnych rozmiarów, dostępnych na rynku instrumentów. Ich wysiłki doprowadziły do odkrycia sześciu rozległych struktur Gwiezdnych otaczających kilka badanych galaktyk. Te wcześniej niewykryte cechy zostały zinterpretowane jako szczątki z satelitów zakłócanych w czasie rzeczywistym. Ponadto ich badania potwierdziły i wyjaśniły kilka ogromnych cech gwiazd, które były wcześniej zgłaszane, ale nigdy nie były interpretowane jako kopalne dowody drobnych połączeń.

• galaktyka parasolowa, NGC4651, znajduje się w konstelacji Komy Berenices i znajduje się w odległości około 35 milionów lat świetlnych od naszej planety. Ten nowy widok pokazuje dowody wcześniejszych fuzji z jedną lub więcej galaktyk satelitarnych.
  powłoka odłamków Gwiezdnych najwyraźniej przebita wąską “włócznią” pływową jest zgodna z przewidywaniami opartymi na modelu standardowym.
• fot. R. Jay GaBany Cosmotography.com

zbiór galaktyk wykazywał nieoczekiwane, bardzo zróżnicowane cechy, takie jak wielkie okrągłe cechy przypominające strumień Strzelca Drogi Mlecznej, odległe muszle i olbrzymie chmury pływowych szczątków, a także ogromne odrzutowe cechy wyłaniające się z dysków galaktyk. Wraz ze szczątkami już zakłóconych towarzyszy, obserwacje uchwyciły również ocalałe satelity złapane w akcie zakłóceń pływowych.
wcześniej w 2011 roku ukończono nowy obraz NGC 3521, który poprawia dane pierwotnie zebrane do badania. Położony 35 milionów lat świetlnych od naszej planety w kierunku Północnej konstelacji Lwa, ten układ gwiazd został klasycznie sklasyfikowany jako kłaczkowata galaktyka ze względu na ogromną ilość materiału częściowo zasłaniającego jej spiralną strukturę.
jednak Nowy ultra-głęboki obraz ujawnia dowody jednego lub więcej wcześniejszych połączeń z galaktykami karłowatymi, które pozostawiły dostrzegalne struktury, takie jak prawie kulisty obłok szczątków widoczny po wschodniej stronie i duży, wydłużony obłok na zachód. Obie reprezentują odłamki należące do struktury przypominającej parasol, podobnej do tej widocznej na zdjęciach NGC 4651. Ale ich luźniejszy wygląd sugeruje, że były one akreowane znacznie dalej w przeszłości. Dodatkowo galaktyka otoczona jest bańką złożoną z wielu odłamków, które mogą stanowić kolejny dowód na starożytne połączenia.
wykazano również, że inne flokulujące galaktyki mają pozostałości gwiezdnego strumienia, takie jak NGC 5055 (M63), co prowadzi do spekulacji, że zjawisko to może być związane z wcześniejszymi niewielkimi fuzjami.
porównanie z symulacjami komputerowymi potwierdziło niezwykłą różnorodność struktur wykrytych przez zespół Delgado. Istnienie obiektów pływowych wokół odległych galaktyk, które wydają się być normalne, ze wszystkich innych aspektów, i ich dopasowanie do symulacji LCDM stanowiło nowy dowód na to, że model standardowy dotyczy również odległych galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej.
podobnie jak archeolodzy kosmiczni, astronomowie wykopują starożytne światło, aby odkryć prawdę o narodzinach i rozwoju galaktyk. Strumienie gwiazd, Relikty hierarchicznego procesu fuzji przewidywanego przez teorię LCDM, zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w Drodze Mlecznej i innych galaktykach w Grupie Lokalnej. Podobne struktury zaobserwowano w znacznie bardziej odległych galaktykach. W połączeniu te obserwacje wspierają obecną najlepszą teorię wyjaśniającą, w jaki sposób wszechświat i wszystko w nim powstało i ewoluowało do dnia dzisiejszego.
jednak Księga wiedzy naukowej jest pisana na luźnych kartkach liściastych, które są poprawiane, sortowane i czasami usuwane z czasem, gdy nowe informacje są wykopywane. Dlatego, w przeciwieństwie do skamieniałości związanych z ziemią, nic kosmologicznego nie powinno być uważane za wyryte w kamieniu, ponieważ zawsze coś nowego wychodzi na jaw tuż nad naszym horyzontem.
czytaj także:
– badanie pilotażowe ze skromną aperturą teleskopów
– model Wszechświata