Ile Jest Galaktyk?

galaktyki — te ogromne zbiory gwiazd, które zaludniają nasz wszechświat — są wszędzie. Ale ile galaktyk jest we wszechświecie? Liczenie ich wydaje się niemożliwym zadaniem. Same liczby to jeden problem – gdy licznik dostanie się do miliardów, dodanie zajmuje trochę czasu. Kolejnym problemem jest ograniczenie naszych instrumentów. Aby uzyskać najlepszy widok, teleskop musi mieć duży otwór przysłony (średnica głównego lustra lub obiektywu) i znajdować się nad atmosferą, aby uniknąć zniekształceń z ziemskiego powietrza.

prawdopodobnie najbardziej rezonansowym przykładem tego faktu jest Hubble eXtreme Deep Field (XDF), obraz wykonany przez połączenie 10 lat fotografii z Kosmicznego Teleskopu Hubble ’ a. Według NASA teleskop obserwował niewielki skrawek nieba podczas wielokrotnych wizyt w sumie przez 50 dni. Jeśli trzymałeś kciuk na wyciągnięcie ręki, aby zakryć księżyc, obszar XDF byłby mniej więcej wielkości głowy Szpilki. Zbierając słabe światło podczas wielu godzin obserwacji, XDF ujawnił tysiące galaktyk, zarówno pobliskich, jak i bardzo odległych, co czyni go najgłębszym obrazem wszechświata, jaki kiedykolwiek zrobiono w tym czasie. Jeśli ta mała plamka zawiera tysiące, wyobraźcie sobie, ile galaktyk można znaleźć w innych miejscach.

chociaż szacunki różnych ekspertów są różne, dopuszczalny zakres wynosi od 100 miliardów do 200 miliardów galaktyk, powiedział Mario Livio, astrofizyk Z Space Telescope Science Institute w Baltimore, Maryland. Kiedy w 2020 r. zostanie uruchomiony Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, Obserwatorium ma ujawnić jeszcze więcej informacji o wczesnych galaktykach we wszechświecie.

sięgając głęboko

do najlepszej wiedzy Livio, Hubble jest najlepszym dostępnym instrumentem do liczenia i szacowania galaktyk. Teleskop, uruchomiony w 1990 roku, początkowo miał zniekształcenie na głównym zwierciadle, które zostało skorygowane podczas wizyty wahadłowca w 1993 roku. Hubble przeszedł również kilka modernizacji i wizyt serwisowych, aż do ostatniej misji wahadłowca w maju 2009 roku.

w 1995 roku astronomowie wycelowali teleskop w coś, co wydawało się być pustym obszarem Ursa Major i zebrali 10-dniowe obserwacje. Rezultatem było około 3000 słabych galaktyk w jednej klatce, o jasności 30. (Dla porównania, Gwiazda Północna lub Gwiazda Polarna ma około 2. magnitudo.) Obraz ten był nazywany głębokim polem Hubble ’ a i był najdalej, jaki ktokolwiek widział we wszechświecie w tym czasie.

gdy Teleskop Hubble ’ a otrzymał ulepszenia swoich instrumentów, astronomowie powtórzyli eksperyment dwukrotnie. W latach 2003 i 2004 naukowcy stworzyli Ultra Głębokie pole Hubble ’ a, które w milionowej ekspozycji ujawniło około 10 000 galaktyk w małym miejscu w konstelacji Fornax.

w 2012 roku, ponownie używając ulepszonych instrumentów, naukowcy użyli teleskopu do przyjrzenia się części Ultra głębokiego pola. Nawet w tym węższym polu widzenia astronomowie byli w stanie wykryć około 5500 galaktyk. Naukowcy nazwali to ekstremalnie głębokim polem.

W sumie Hubble ujawnia około 100 miliardów galaktyk we wszechświecie, ale liczba ta prawdopodobnie wzrośnie do około 200 miliardów, gdy technologia teleskopu w kosmosie się poprawi, powiedział Livio Space.com.

liczenie gwiazd

niezależnie od używanego instrumentu, metoda szacowania liczby galaktyk jest taka sama. Bierzesz część nieba zobrazowaną przez teleskop (w tym przypadku Hubble ’ a). Następnie-wykorzystując stosunek skrawka nieba do całego wszechświata – można określić liczbę galaktyk we wszechświecie.

„zakłada się, że nie ma dużej zmienności kosmicznej, że wszechświat jest jednorodny” – powiedział Livio. – Mamy dobre powody, by podejrzewać, że tak jest. Taka jest zasada kosmologiczna.”

zasada pochodzi z teorii ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Einstein powiedział, że grawitacja jest zniekształceniem przestrzeni i czasu. Mając to w ręku, kilku naukowców (w tym Einstein) próbowało zrozumieć, jak grawitacja wpływa na cały wszechświat.

„najprostszym założeniem jest to, że jeśli oglądasz zawartość wszechświata z dostatecznie słabym wzrokiem, będzie on wyglądał mniej więcej tak samo wszędzie i w każdym kierunku”, stwierdziła NASA. „Oznacza to, że materia we wszechświecie jest jednorodna i izotropowa, gdy jest uśredniona w bardzo dużych skalach. Nazywa się to zasadą kosmologiczną.”

jednym z przykładów działania zasady kosmologicznej jest kosmiczne mikrofalowe tło, promieniowanie będące pozostałością wczesnych stadiów wszechświata po Wielkim Wybuchu. Korzystając z takich instrumentów jak sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinsona NASA, astronomowie odkryli, że CMB jest praktycznie identyczny, gdziekolwiek się patrzy.

czy liczba galaktyk zmieni się z czasem?

pomiary ekspansji wszechświata — poprzez obserwowanie oddalających się od nas galaktyk — pokazują, że ma on około 13,82 miliarda lat. W miarę starzenia się i powiększania wszechświata galaktyki oddalają się coraz bardziej od Ziemi. Utrudni to ich dostrzeżenie w teleskopach.

wszechświat rozwija się szybciej niż prędkość światła (co nie narusza limitu prędkości Einsteina, ponieważ ekspansja dotyczy samego wszechświata, a nie obiektów poruszających się po wszechświecie). Ponadto wszechświat przyspiesza swoją ekspansję.

w tym miejscu pojawia się koncepcja „obserwowalnego wszechświata” — wszechświata, który możemy zobaczyć. Za 1 bilion do 2 bilionów lat, Livio powiedział, że to oznacza, że będą galaktyki, które są poza tym, co możemy zobaczyć z ziemi.

„możemy zobaczyć światło tylko z galaktyk, których światło miało wystarczająco dużo czasu, aby do nas dotrzeć” – powiedział Livio. „To nie znaczy, że to wszystko, co jest we wszechświecie. Stąd definicja obserwowalnego wszechświata.”

galaktyki również zmieniają się w czasie. Droga Mleczna znajduje się na kursie kolizyjnym z pobliską galaktyką Andromedy i obie połączą się za około 4 miliardy lat. Później inne galaktyki w naszej lokalnej grupie-galaktyki najbliższe nam-w końcu się połączą. Mieszkańcy tej przyszłej galaktyki mieliby do obserwacji znacznie ciemniejszy wszechświat-powiedział Livio.

„cywilizacje zaczęły wtedy, nie miały dowodów na istnienie wszechświata ze 100 miliardami galaktyk” – powiedział. „Nie zobaczyliby ekspansji. Prawdopodobnie nie byliby w stanie powiedzieć, że był wielki wybuch.”

a co z innymi wszechświatami?

gdy wczesny wszechświat się zawyżał, istnieją pewne teorie, które mówią, że różne „kieszenie” zerwały się i utworzyły różne wszechświaty. Te różne miejsca mogą się rozszerzać w różnym tempie, obejmować inne rodzaje materii i mieć inne prawa fizyczne niż nasz własny wszechświat.

Livio zauważył, że w tych innych wszechświatach mogą istnieć galaktyki — jeśli istnieją — ale nie mamy teraz możliwości, aby wiedzieć na pewno. Tak więc liczba galaktyk może być nawet większa niż 200 miliardów, biorąc pod uwagę inne wszechświaty.

w naszym kosmosie, Livio powiedział, astronomowie będą w stanie lepiej Dopracować liczbę po wystrzeleniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (dla którego jego instytut będzie zarządzał operacjami misji i nauką). Hubble jest w stanie spojrzeć wstecz na galaktyki, które powstały około 450 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Po premierze Jamesa Webba w 2020 roku astronomowie przewidują, że mogą one sięgać 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

„liczby nie zmienią się zbytnio” – dodał Livio, wskazując na pierwsze galaktyki prawdopodobnie powstałe niedługo wcześniej. „Więc liczba taka jak 200 miliardów jest prawdopodobnie tym dla naszego obserwowalnego wszechświata.”

wkład Webba

chociaż interesujące jest policzenie liczby galaktyk w naszym wszechświecie, astronomowie są bardziej zainteresowani tym, jak galaktyki ujawniają, jak wszechświat został utworzony. Według NASA galaktyki są reprezentacją tego, jak materia we wszechświecie została zorganizowana – przynajmniej na dużą skalę. (Naukowcy są również zainteresowani typami cząstek i mechaniką kwantową, z małej strony widma.) Ponieważ Webb może spojrzeć wstecz na wczesne dni wszechświata, jego informacje pomogą naukowcom lepiej zrozumieć struktury galaktyk wokół nas dzisiaj.

„badając niektóre z najwcześniejszych galaktyk i porównując je do dzisiejszych galaktyk, możemy być w stanie zrozumieć ich wzrost i ewolucję. Webb pozwoli również naukowcom na zbieranie danych na temat typów gwiazd, które istniały w tych bardzo wczesnych galaktykach-powiedziała NASA o misji Webba. „Dalsze obserwacje za pomocą spektroskopii setek lub tysięcy galaktyk pomogą naukowcom zrozumieć, w jaki sposób pierwiastki cięższe od wodoru były formowane i budowane w miarę powstawania galaktyk przez wieki. Badania te ujawnią również szczegóły dotyczące scalania się galaktyk i rzucą światło na sam proces powstawania galaktyk.”

według NASA, Oto kilka kluczowych pytań, na które Webb odpowie o galaktykach:

  • Jak powstają galaktyki?
  • co nadaje im kształty?
  • w jaki sposób pierwiastki chemiczne są rozmieszczone w galaktykach?
  • jak centralne czarne dziury w galaktykach wpływają na ich galaktyki macierzyste?
  • co się dzieje, gdy małe i duże galaktyki zderzają się lub łączą?

naukowcy są również zainteresowani rolą ciemnej materii w tworzeniu galaktyk. Podczas gdy część wszechświata jest widoczna w postaci galaktyk lub gwiazd, ciemna materia stanowi większość wszechświata — około 80%. Podczas gdy ciemna materia jest niewidoczna w długościach fal światła lub poprzez emisję energii, badania galaktyk datowane na lata 50. XX wieku wykazały, że było w nich znacznie więcej masy niż to, co było widoczne gołym okiem.

„modele komputerowe, które naukowcy stworzyli, aby zrozumieć powstawanie galaktyk, wskazują, że galaktyki powstają, gdy ciemna materia łączy się i gromadzi się razem” – powiedziała NASA. „Może być traktowana jako rusztowanie wszechświata. Widoczna Materia gromadzi się wewnątrz tego rusztowania w postaci gwiazd i galaktyk. Sposób, w jaki ciemna materia „gromadzi się”, polega na tym, że małe obiekty powstają jako pierwsze i są przyciągane razem, tworząc większe.”

potężne lustra Webba pozwolą naukowcom przyjrzeć się formowaniu galaktyk — w tym roli ciemnej materii — z bliska. Chociaż to badanie nie odpowiada bezpośrednio, ile galaktyk istnieje we wszechświecie, pomaga naukowcom lepiej zrozumieć procesy zachodzące za galaktykami, które widzimy, co z kolei lepiej informuje modele o populacjach galaktyk.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.