Kolik Je Galaxií?

galaxie-ty obrovské sbírky hvězd, které obývají náš vesmír-jsou všude. Ale kolik galaxií je ve vesmíru? Jejich počítání se jeví jako nemožný úkol. Pouhá čísla jsou jedním z problémů-jakmile se počet dostane do miliard, chvíli trvá, než se sčítání provede. Dalším problémem je omezení našich nástrojů. Získat co nejlepší pohled, dalekohled musí mít velký otvor (průměr hlavního zrcadla nebo čočky) a nachází se nad atmosférou, aby se zabránilo zkreslení od Země je vzduch.

Možná nejvíce rezonanční příkladem této skutečnosti je Hubble eXtreme Deep Field (XDF), obrázek vyroben kombinací 10 let fotografie z Hubbleova Vesmírného Dalekohledu. Teleskop podle NASA sledoval malou část oblohy při opakovaných návštěvách celkem 50 dní. Pokud jste drželi palec v délce paže, abyste zakryli měsíc, oblast XDF by měla velikost hlavy špendlíku. Sběrem slabé světlo po mnoho hodin pozorování, XDF odhalil tisíce galaxií, a to jak v blízkosti a velmi vzdálené, což je nejhlubší obraz vesmíru, kdy pořízených v té době. Pokud tedy toto malé místo obsahuje tisíce, představte si, kolik dalších galaxií lze najít na jiných místech.

Zatímco odhady se mezi různými odborníky liší, přijatelný rozsah je mezi 100 miliard a 200 miliard galaxií, řekl Mario Livio, astrofyzik z Space Telescope Science Institute v Baltimore, Maryland. Po spuštění vesmírného dalekohledu Jamese Webba v roce 2020 se očekává, že observatoř odhalí ještě více informací o raných galaxiích ve vesmíru.

jít hluboko

podle nejlepších znalostí Livia je Hubble nejlepším nástrojem dostupným pro počítání a odhad galaxií. Dalekohled, který byl zahájen v roce 1990, měl zpočátku zkreslení na svém hlavním zrcadle, které bylo opraveno během návštěvy raketoplánu v roce 1993. Hubble také prošel několika vylepšeními a servisními návštěvami až do poslední mise raketoplánu v květnu 2009.

v roce 1995 astronomové namířili dalekohled na to, co vypadalo jako prázdná oblast Ursa Major, a shromáždili pozorování za 10 dní. Výsledkem bylo odhadem 3 000 slabých galaxií v jednom snímku, které byly stejně slabé jako 30.magnituda. (Pro srovnání, Severní hvězda nebo Polaris je asi na 2.magnitudě.) Tento obrazový kompozit se jmenoval Hubbleovo hluboké pole a byl nejvzdálenější, Jaký v té době někdo do vesmíru viděl.

vzhledem k tomu, že Hubbleův dalekohled získal vylepšení svých přístrojů, astronomové experiment dvakrát opakovali. V letech 2003 a 2004 vědci vytvořili Hubbleovo Ultra hluboké pole, které v milionové expozici odhalilo asi 10 000 galaxií na malém místě v souhvězdí Fornax.

v roce 2012, opět pomocí vylepšených nástrojů, vědci použili dalekohled k pohledu na část Ultra hlubokého pole. I v tomto užším zorném poli byli astronomové schopni detekovat asi 5 500 galaxií. Vědci to nazvali extrémním hlubokým polem.

všichni ve Všech, Hubble odhaluje odhadem 100 miliard galaxií ve vesmíru, nebo tak, ale toto číslo se pravděpodobně zvýší na asi 200 miliard jako dalekohled technologie v prostoru zlepšuje, řekl Livio Space.com.

Počítání hvězd

ať už je použit jakýkoli nástroj, metoda odhadu počtu galaxií je stejná. Vezmete část oblohy zobrazenou dalekohledem (v tomto případě Hubble). Pak – pomocí poměru pramene oblohy k celému vesmíru – můžete určit počet galaxií ve vesmíru.

„to je za předpokladu, že neexistuje žádná velká kosmická rozptyl, že vesmír je homogenní,“ řekl Livio. „Máme dobré důvody k podezření, že tomu tak je. To je kosmologický princip.“

princip sahá až do teorie obecné relativity Alberta Einsteina. Einstein řekl, že gravitace je zkreslení prostoru a času. S tímto porozuměním v ruce se několik vědců (včetně Einsteina) pokusilo pochopit, jak gravitace ovlivnila celý vesmír.

„nejjednodušší předpoklad je, že pokud budete prohlížet obsah vesmíru s dostatečně špatné vidění, to by se objevují zhruba stejné všude a v každém směru,“ NASA uvedl. „To znamená, že hmota ve vesmíru je homogenní a izotropní, když je zprůměrována ve velmi velkých měřítcích. Tomu se říká kosmologický princip.“

jedním z příkladů kosmologického principu v práci je kosmické mikrovlnné pozadí, záření, které je pozůstatkem raných fází vesmíru po Velkém třesku. Pomocí nástrojů, jako je Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda NASA, astronomové zjistili, že CMB je prakticky totožná, kdekoli se člověk podívá.

změnil by se počet galaxií s časem?

měření expanze vesmíru-sledováním galaxií, které se od nás vzdalují-ukazují, že je stará asi 13,82 miliardy let. Jak vesmír stárne a zvětšuje se, galaxie ustupují dál a dál od země. To jim ztěžuje vidění v dalekohledech.

vesmír se rozpíná rychleji než je rychlost světla (což není v rozporu Einsteinův rychlostní limit, protože je expanze vesmíru samotného, spíše než objektů, cestování vesmírem). Také vesmír se ve své expanzi zrychluje.

Zde přichází do hry koncept „pozorovatelného vesmíru“ — vesmíru, který můžeme vidět. Za 1 bilion až 2 biliony let, řekl Livio, to znamená, že budou existovat galaxie, které jsou nad rámec toho, co vidíme ze země.

„vidíme pouze světlo z galaxií, jejichž světlo mělo dostatek času, aby se k nám dostalo,“ řekl Livio. „To neznamená, že to je vše, co je ve vesmíru. Proto definice pozorovatelného vesmíru.“

galaxie se také mění v průběhu času. Mléčná dráha je na kolizním kurzu s nedalekou galaxií Andromeda a obě se spojí asi za 4 miliardy let. Později se další galaxie v naší místní skupině — galaxie nejblíže k nám — nakonec spojí. Obyvatelé této budoucí galaxie by měli mnohem tmavší vesmír, který by mohli pozorovat, řekl Livio.

„civilizace začaly tehdy, neměly by žádný důkaz, že existuje vesmír se 100 miliardami galaxií,“ řekl. „Neviděli by expanzi. Pravděpodobně by nebyli schopni říct, že došlo k Velkému třesku.“

a co jiné vesmíry?

jak se časný vesmír nafoukl, existují některé teorie, které říkají, že různé „kapsy“ se odtrhly a vytvořily různé vesmíry. Tato různá místa by se mohla rozšiřovat různými rychlostmi, zahrnovat jiné druhy hmoty, a mají jiné fyzikální zákony než náš vlastní vesmír.

Livio poukázal na to, že v těchto jiných vesmírech by mohly být galaxie – pokud existují — ale v tuto chvíli nemůžeme vědět jistě. Takže počet galaxií by mohl být dokonce větší než 200 miliard, když vezmeme v úvahu jiné vesmíry.

v našem vlastním kosmu, řekl Livio, astronomové budou lépe schopni upřesnit číslo po spuštění vesmírného dalekohledu Jamese Webba(pro který bude jeho ústav řídit mise a vědu). Hubble je schopen nahlédnout zpět na galaxie, které vznikly asi 450 milionů let po Velkém třesku. Po uvedení Jamese Webba na trh v roce 2020 astronomové předpokládají, že se mohou podívat až 200 milionů let po Velkém třesku.

„čísla se příliš nezmění,“ dodal Livio s poukazem na to, že první galaxie pravděpodobně vznikly ne příliš dlouho předtím. „Takže číslo jako 200 miliard je pravděpodobně pro náš pozorovatelný vesmír.“

Webbovy příspěvky

i když je zajímavé spočítat počet galaxií v našem vesmíru, astronomové se více zajímají o to, jak galaxie odhalují, jak vznikl vesmír. Podle NASA jsou galaxie reprezentací toho, jak byla hmota ve vesmíru organizována-alespoň ve velkém měřítku. (Vědci se také zajímají o typy částic a kvantovou mechaniku, na malé straně spektra.) Protože Webb se může ohlédnout do počátků vesmíru, jeho informace pomohou vědcům lépe porozumět strukturám galaxií kolem nás dnes.

“ studiem některých nejstarších galaxií a jejich porovnáním s dnešními galaxiemi můžeme pochopit jejich růst a vývoj. Webb také umožní vědcům shromažďovat údaje o typech hvězd, které existovaly v těchto raných galaxií,“ NASA řekl Webb poslání. „Následná pozorování pomocí spektroskopie stovky nebo tisíce galaxií pomůže vědcům pochopit, jak prvky těžší než vodík byly vytvořeny a postaveny jako galaxy tvorbě pokračoval v průběhu věků. Tyto studie také odhalí podrobnosti o sloučení galaxií a vrhnou světlo na samotný proces formování galaxií.“

podle NASA jsou zde některé z klíčových otázek, na které Webb odpoví o galaxiích:

  • jak se tvoří galaxie?
  • co jim dává jejich tvary?
  • jak jsou chemické prvky distribuovány galaxiemi?
  • jak centrální černé díry v galaxiích ovlivňují jejich hostitelské galaxie?
  • co se stane, když se malé a velké galaxie srazí nebo se spojí?

vědci se také zajímají o roli, kterou hraje temná hmota při sestavování galaxií. Zatímco část vesmíru je viditelná ve formách, jako jsou galaxie nebo hvězdy, temná hmota je to, co tvoří většinu vesmíru — asi 80 procent z toho. Zatímco temná hmota je neviditelná ve vlnových délkách světla nebo prostřednictvím emisí energie, studie galaxií z roku 1950 ukázaly, že v nich je mnohem více hmoty, než co bylo vidět pouhým okem.

„počítačové modely, které vědci vytvořili, aby pochopili formování galaxií, naznačují, že galaxie vznikají, když se temná hmota spojí a shlukuje,“ uvedla NASA. „Lze to považovat za lešení vesmíru. Viditelná hmota, kterou vidíme, se shromažďuje uvnitř tohoto lešení ve formě hvězd a galaxií. Jak temné hmoty ‚shluky‘ spolu, je to, že malé objekty tvoří první, a jsou sestaveny dohromady, aby vytvořily větší.“

Webbova výkonná zrcadla umožní vědcům podívat se na formování galaxií — včetně role temné hmoty-zblízka. Zatímco toto šetření není přímo odpověď, kolik galaxií je ve vesmíru, to pomůže vědcům lépe pochopit procesy za galaxií, které vidíme, které zase lépe informuje modely o galaktické populace.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.