Galaxien erscheinen uns als völlig unveränderliche und stabile Objekte, tatsächlich ist ihr Leben jedoch voller Bewegung. Das Universum ist wie eine riesige Kreuzung, an der die Ampeln ausgeschaltet sind. Zwar zerstören hier zahlreiche Kollisionen galaktischer Objekte diese nicht, sondern tragen nur zur Entwicklung von Galaxien bei.
Die Erforschung von Galaxien begann, wie üblich, mit dem Versuch, sie nach ihrem Aussehen zu systematisieren. So entstand die berühmte Hubble-Klassifikation, auf die später noch eingegangen wird. Doch als Astronomen in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts begannen, nahe beieinander liegende Galaxien genau zu untersuchen, stellte sich heraus, dass viele von ihnen ein sehr ungewöhnliches oder, wie man sagt, eigenartiges Aussehen hatten. Manchmal sehen sie, selbst einzelne, so „undarstellbar“ aus, dass es unmöglich ist, sie an einer in jeder Hinsicht anständigen Stelle in einer Hubble-Sequenz zuzuordnen. Oft scheinen sie ihre Arme zueinander auszustrecken – dünne Sternbrücken – oder lange, gekräuselte Schwänze in entgegengesetzte Richtungen auszubreiten. Solche Galaxien wurden als interagierend bezeichnet. Allerdings wurden sie damals nur bei nicht mehr als 5 % der Anzahl normaler Objekte beobachtet, und daher erregten selten anzutreffende Freaks lange Zeit keine große Aufmerksamkeit.
Spiralgalaxie-Whirlpool (M51, NGC 5194/95). Ihre ausgeprägte Spiralstruktur scheint auf den Gravitationseinfluss der kleineren Galaxie NGC 5195 (rechts) zurückzuführen zu sein, deren Licht teilweise durch Staub am Ende des Spiralarms von M51 verdeckt wird
Einer der ersten, der sich ernsthaft mit ihnen befasste, war B.A. Woronzow-Welyaminow. Mit ihm leichte Hand Eines der ungewöhnlichsten Paare von NGC 4676 wurde zunächst „Spielende Mäuse“ und dann einfach „Mäuse“ genannt. Unter diesem Spitznamen erscheint sie mittlerweile in seriösen wissenschaftlichen Artikeln. Es gibt weitere interessante Beispiele für eigenartige Objekte, die besser unter ihren „Party-Spitznamen“ bekannt sind als unter den Passdaten der Kataloge – Antennen (NGC 4038/39), Atom der Welt (NGC 7252), Whirlpool (M 51 oder NGC 5194). /95).
Wie wirkt sich die Schwerkraft aus? Aussehen Galaxien lassen sich am einfachsten am Beispiel jener Objekte verstehen, die Schweife und Balken haben. Erinnern wir uns daran, wie der Mond die Ozeane der Erde von zwei gegenüberliegenden Seiten „anschwellen“ lässt. Aufgrund der Rotation des Planeten breiten sich diese Flutwellen weiter aus Erdoberfläche. Wenn sich eine Scheibengalaxie einer anderen Galaxie nähert, entstehen auf die gleiche Weise Gezeitenbuckel, die sowohl in Richtung des Unruhestifters als auch in die entgegengesetzte Richtung verlängert sind. Später verwandeln sich diese Höcker aufgrund der unterschiedlichen Rotation in lange Schweife aus Sternen und Gas: Die Umlaufzeiten der Sterne um das Zentrum der Galaxie nehmen mit der Entfernung vom Zentrum zu. Ein ähnliches Bild zeigte sich in Computerexperimenten, als Astronomen mit der numerischen Modellierung der Gravitationswechselwirkung von Galaxien begannen.
Mausgalaxie (NGC 4676). Eines der berühmtesten Paare interagierender Galaxien.
Durch die Gezeitenkräfte bildeten sie lange und dünne Schwänze
Die ersten Modelle ähnelten fast einem Spielzeug. In ihnen wurde die Bewegung von Testteilchen, die auf Kreisbahnen um einen massiven Punkt verteilt waren, durch einen anderen vorbeifliegenden massiven Punkt gestört. Mithilfe solcher Modelle untersuchten die Brüder Alar und Juri Toomre 1972 umfassend, wie die Bildung von Gezeitenstrukturen von den Parametern von Galaxienkollisionen abhängt. Beispielsweise stellte sich heraus, dass Sternbrücken, die Galaxien verbinden, gut reproduziert werden, wenn ein Objekt mit einer Galaxie geringer Masse interagiert, und Schweife werden gut reproduziert, wenn ein Scheibensystem mit einer Galaxie vergleichbarer Masse kollidiert. Ein weiteres interessantes Ergebnis wurde erzielt, als ein Störkörper in derselben Rotationsrichtung an der Scheibe einer Spiralgalaxie vorbeiflog. Relative Geschwindigkeit Die Bewegung entpuppte sich als eine kleine Spiralgalaxie voller Konsequenzen. Die Thumre-Brüder bauten Modelle einer Reihe bekannter interagierender Systeme, darunter Mäuse, Antennen und der Whirlpool, und brachten die wichtigste Idee zum Ausdruck, dass das Ergebnis einer Kollision von Galaxien eine vollständige Verschmelzung ihrer Sternensysteme sein könnte – die Verschmelzung.
Aber Spielzeugmodelle konnten diese Idee nicht einmal veranschaulichen, und man konnte nicht mit Galaxien experimentieren. Astronomen können nur verschiedene Stadien ihrer Entwicklung beobachten und nach und nach aus verstreuten Gliedern die gesamte Kette von Ereignissen rekonstruieren, die sich über Hunderte Millionen oder sogar Milliarden Jahre erstreckt. Einst hat Herschel dieses Merkmal der Astronomie sehr präzise formuliert: „[Der Himmel] erscheint mir jetzt wie ein wunderbarer Garten, in dem große Menge eine große Vielfalt an Pflanzen, gepflanzt in verschiedenen Beeten und in unterschiedlichen Entwicklungsstadien; Aus dieser Sachlage können wir zumindest einen Vorteil ziehen: Unsere Erfahrung kann über weite Zeiträume ausgedehnt werden. Denn spielt es überhaupt eine Rolle, ob wir nacheinander bei der Geburt, dem Blühen, dem Blattanlegen, der Befruchtung, dem Welken und schließlich dem endgültigen Absterben von Pflanzen dabei sind, oder ob wir gleichzeitig viele Proben aus unterschiedlichen Entwicklungsstadien dabei beobachten? vergeht die Pflanze im Laufe ihres Lebens? »
Alar Thumre traf eine ganze Auswahl von 11 ungewöhnlichen Verschmelzungsgalaxien, die, in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet, unterschiedliche Stadien der Interaktion widerspiegelten – vom ersten nahen Vorbeiflug und dem Entfalten der Schweife bis zur anschließenden Verschmelzung zu einem einzigen Objekt mit Whiskern, Schleifen usw Rauchwolken ragten daraus hervor.
Galaxien in verschiedenen Verschmelzungsstadien aus der Thumre-Sequenz
Doch den eigentlichen Durchbruch in der Forschung brachte das Hubble-Weltraumteleskop. Eines der darauf durchgeführten Forschungsprogramme bestand aus der Langzeitbeobachtung von bis zu 10 aufeinanderfolgenden Tagen zweier kleiner Himmelsbereiche in der nördlichen und südlichen Himmelshalbkugel. Diese Bilder werden Hubble Deep Fields genannt. Sie zeigen eine große Anzahl entfernter Galaxien. Einige von ihnen sind mehr als 10 Milliarden Lichtjahre entfernt und damit genauso viele Jahre jünger als die nächsten Nachbarn unserer Galaxie. Das Ergebnis der Untersuchungen des Aussehens oder, wie man sagt, der Morphologie entfernter Galaxien war verblüffend. Wenn Hubble nur Bilder von Galaxien aus den Deep Fields zur Hand gehabt hätte, wäre es unwahrscheinlich, dass er seine berühmte „Stimmgabel“ gebaut hätte. Unter den Galaxien, die etwa halb so alt wie das Universum sind, passen fast 40 % der Objekte nicht in die Standardklassifikation. Es stellte sich heraus, dass der Anteil der Galaxien mit offensichtlichen Spuren der Gravitationswechselwirkung deutlich größer war, was bedeutet, dass normale Galaxien in ihrer Jugend eine Phase der Freaks durchlaufen haben müssen. In einer dichteren Umgebung frühes Universum Kollisionen und Verschmelzungen erwiesen sich als die wichtigsten Faktoren bei der Entwicklung von Galaxien.
Doch um diese Prozesse zu verstehen, reichten die ersten Spielzeugmodelle der Galaxieninteraktion nicht mehr aus. Vor allem, weil sie die Auswirkungen der dynamischen Reibung von Sternsystemen nicht reproduzierten, die letztendlich zum Energieverlust bei der Umlaufbewegung und zur Verschmelzung von Galaxien führten. Es war notwendig zu lernen, wie man das Verhalten von Systemen aus Milliarden von Sternen, die sich gegenseitig anziehen, vollständig berechnen kann.
Hubble-Stimmgabel
Edwin Hubble (1889–1953) -
Entdecker der Expansion des Universums,
Autor der ersten Galaxienklassifikation
Edwin Hubble schlug 1936 eine Klassifizierung von Galaxien basierend auf ihrer Morphologie vor. Am linken Ende dieser Sequenz befinden sich elliptische Galaxien – kugelförmige Systeme unterschiedliche Grade Ebenheit. Dann erreicht es flache Spiralgalaxien, die in der Reihenfolge abnehmender Verdrehung angeordnet sind. spiralförmige Äste und die Massen ihres kugelförmigen Subsystems – der Ausbuchtung. Unregelmäßige Galaxien fallen separat auf, wie die beiden auffälligsten Satelliten Milchstraße am Himmel sichtbar Südlichen Hemisphäre, - Große und kleine Magellansche Wolken. Beim Übergang zu Spiralgalaxien teilt sich die Hubble-Sequenz, wodurch ein unabhängiger Zweig von Spiralgalaxien mit Brücken oder Balken entsteht – riesige Sternformationen, die den galaktischen Kern durchqueren und von deren Enden sich Spiralzweige erstrecken. Es wird sogar angenommen, dass dies nicht nur ein unabhängiger Zweig der Klassifikation ist, sondern fast der Hauptzweig, da die Hälfte bis zwei Drittel der Spiralgalaxien Balken haben. Aufgrund ihrer Zweiteilung wird diese Klassifikation oft als „Hubble-Stimmgabel“ bezeichnet.
Die Bewegung von 10 Milliarden wurde simuliert materielle Punkte seit 13 Milliarden Jahren.
Im oberen Bild entspricht jeder helle Fleck einer Galaxie
Als sich das Beobachtungsmaterial ansammelte, wurde klar, dass das Aussehen von Galaxien eng mit ihren inneren Eigenschaften zusammenhängt – Masse, Leuchtkraft, Struktur stellarer Subsysteme, Arten von Sternen, die die Galaxie bewohnen, Menge an Gas und Staub, Geschwindigkeit der Sternentstehung usw. Von hier aus schien es nur noch ein halber Schritt bis zur Lösung des Ursprungs von Galaxien verschiedener Art zu sein – alles ist eine Frage der Anfangsbedingungen. Wenn sich die anfängliche protogalaktische Gaswolke praktisch nicht drehte, bildete sich daraus durch kugelsymmetrische Kompression unter dem Einfluss der Gravitationskräfte eine elliptische Galaxie. Im Falle einer Rotation wurde die Kompression in Richtung senkrecht zur Achse gestoppt, da die Schwerkraft durch erhöhte Zentrifugalkräfte ausgeglichen wurde. Dies führte zur Bildung flacher Systeme – Spiralgalaxien. Es wurde angenommen, dass die gebildeten Galaxien anschließend keine globalen Umwälzungen erlebten, sondern allein Sterne produzierten und aufgrund ihrer Entwicklung langsam alterten und ihre Farbe rötete. In den 50er und 60er Jahren des letzten Jahrhunderts glaubte man, dass in diesem beschriebenen Szenario des sogenannten monolithischen Zusammenbruchs nur noch wenige Details zu klären seien. Doch als man erkannte, dass die Wechselwirkung der Galaxien der Motor ihrer Entwicklung ist, verlor dieses vereinfachte Bild seine Bedeutung.
Zwei in eins
Problem der Bewegungsvorhersage große Zahl Massive Punkte, die gesetzeskonform interagieren universelle Schwerkraft, wurde in der Physik das N-Körper-Problem genannt. Es kann nur durch numerische Simulation gelöst werden. Nachdem die Massen und Positionen von Körpern im Anfangsmoment angegeben wurden, ist es möglich, die auf sie einwirkenden Kräfte mithilfe des Schwerkraftgesetzes zu berechnen. Unter der Annahme, dass diese Kräfte für kurze Zeit unverändert bleiben, lässt sich mit der Formel leicht die neue Position aller Körper berechnen gleichmäßig beschleunigte Bewegung. Und durch die tausende und millionenfache Wiederholung dieses Vorgangs ist es möglich, die Entwicklung des gesamten Systems zu simulieren.
Seyfert-Sextett. Vier verschmelzende Galaxien
plus eine Flutwelle von einem von ihnen (unten rechts)
und eine entfernte Spiralgalaxie (Mitte)
In einer Galaxie wie unserer gibt es mehr als hundert Milliarden Sterne. Selbst moderne Supercomputer können ihre Wechselwirkung nicht direkt berechnen. Wir müssen auf verschiedene Vereinfachungen und Tricks zurückgreifen. Beispielsweise können Sie eine Galaxie nicht durch die tatsächliche Anzahl der Sterne darstellen, sondern durch die Anzahl, die ein Computer verarbeiten kann. In den 1970er Jahren wurden nur 200–500 Punkte pro Galaxie erfasst. Doch die Berechnung der Entwicklung solcher Systeme führte zu unrealistischen Ergebnissen. Daher gab es in all den Jahren einen Kampf, die Zahl der Leichen zu erhöhen. Heutzutage nehmen sie normalerweise mehrere Millionen Sterne pro Galaxie auf, obwohl in einigen Fällen bis zu zehn Milliarden Punkte verwendet werden, um die Entstehung der ersten Strukturen im Universum zu simulieren.
Eine weitere Vereinfachung besteht in einer näherungsweisen Berechnung der gegenseitigen Anziehung von Körpern. Da die Schwerkraft mit der Entfernung schnell abnimmt, muss die Anziehungskraft jedes entfernten Sterns nicht sehr genau berechnet werden. Entfernte Objekte können gruppiert werden, indem man sie durch einen einzigen Punkt mit Gesamtmasse ersetzt. Diese Technik wird TREE CODE genannt (vom englischen Baum – Baum, da Gruppen von Sternen zu einer komplexen hierarchischen Struktur zusammengesetzt sind). Dies ist mittlerweile der beliebteste Ansatz und beschleunigt die Berechnungen um ein Vielfaches.
Kollision der Galaxien NGC 2207 und IC 2163
gibt es schon seit 40 Millionen Jahren. In Zukunft wird es eine vollständige Fusion geben
Aber auch hier haben sich die Astronomen nicht ausgeruht. Sie haben sogar einen speziellen GRAPE-Prozessor entwickelt, der nichts anderes kann, als die gegenseitige Anziehungskraft von N Körpern zu berechnen, diese Aufgabe aber extrem schnell meistert!
Eine numerische Lösung des N-Körper-Problems bestätigte Thumres Idee, dass zwei Spiralgalaxien zu einem Objekt kollidieren könnten, das einer elliptischen Galaxie sehr ähnlich sei. Interessanterweise stellte der berühmte Astronom Gerard de Vaucouleurs kurz vor diesem Ergebnis auf einem Symposium der Internationalen Astronomischen Union skeptisch fest: „Nach einer Kollision erhalten Sie ein kaputtes Auto, keinen neuen Autotyp.“ Aber in der Welt der interagierenden Galaxien verwandeln sich zwei kollidierende Autos seltsamerweise in eine Limousine.
Die Folgen von Galaxienverschmelzungen werden noch deutlicher, wenn wir das Vorhandensein einer Gaskomponente berücksichtigen. Im Gegensatz zur Sternkomponente kann Gas kinetische Energie verlieren: Es wird in Wärme und dann in Strahlung umgewandelt. Wenn zwei Spiralgalaxien verschmelzen, führt dies dazu, dass Gas zum Zentrum des Verschmelzungsprodukts „strömt“ – der Fusion. Ein Teil dieses Gases verwandelt sich sehr schnell in junge Sterne, was zum Phänomen ultraheller Infrarotquellen führt.
Die Cartwheel-Galaxie (links) erlitt vor Millionen von Jahren einen Einschlag.
senkrecht zur Scheibenebene. Seine Spur ist ein expandierender Ring aktiver Sternentstehung.
Infrarotbeobachtungen haben einen ähnlichen Ring im berühmten Andromedanebel (M31, unten) entdeckt.
Interessant ist auch der Effekt der Kollision eines kleinen „Satelliten“ mit einer großen Spiralgalaxie. Letzterer vergrößert schließlich die Dicke seiner Sternscheibe. Die Statistik der Beobachtungsdaten bestätigt die Ergebnisse numerischer Experimente: Spiralgalaxien, die Teil interagierender Systeme sind, sind im Durchschnitt 1,5–2 Mal dicker als einzelne. Wenn es einer kleinen Galaxie gelingt, senkrecht zu ihrer Ebene buchstäblich in die Stirn einer großen Spiralgalaxie zu „fahren“, werden in der Scheibe divergierende ringförmige Dichtewellen angeregt, als ob sie von einem in einen Teich geworfenen Stein stammen würden. Zusammen mit Fragmenten von Spiralzweigen zwischen den Wellenkämmen ähnelt die Galaxie einem Wagenrad. Genau so wird einer der Freaks der Welt der Galaxien genannt. Frontalzusammenstöße kommen sehr selten vor. Umso überraschender ist es, dass in der ruhigen Andromeda-Galaxie zwei solcher Wellen entdeckt wurden. Dies wurde im Oktober 2006 von einem Team von Astronomen berichtet, die Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops verarbeiteten. Die Ringe sind im Infrarotbereich in dem Bereich, in dem der mit der Gasscheibe verbundene Staub austritt, deutlich sichtbar. Computermodelle haben gezeigt, dass der Grund für die ungewöhnliche Morphologie unseres nächsten Nachbarn seine Kollision mit der Satellitengalaxie M32 ist, die ihn vor etwa 200 Millionen Jahren durchbohrte.
Das Schicksal der Galaxiensatelliten selbst ist trauriger. Gezeitenkräfte verschmieren sie schließlich buchstäblich auf ihrer gesamten Umlaufbahn. 1994 wurde im Sternbild Schütze ein ungewöhnlich aussehender Zwergsatellit der Milchstraße entdeckt. Teilweise zerstört durch die Gezeitenkräfte unserer Galaxie, erstreckte es sich zu einem langen Band bestehend aus sich bewegenden Gruppen von Sternen, die sich über den Himmel in einem Winkel von etwa 70 Grad oder 100.000 Lichtjahren erstreckten! Übrigens wird die Zwerggalaxie in Sagittarius jetzt als der nächstgelegene Satellit unserer Galaxie aufgeführt und nimmt den Magellanschen Wolken diesen Titel ab. Es ist nur etwa 50.000 Lichtjahre entfernt. Eine weitere riesige Sternschleife wurde 1998 um die Spiralgalaxie NGC 5907 entdeckt. Numerische Experimente reproduzieren solche Strukturen sehr gut.
Modell der Kollision von Spiralgalaxien.
Das dritte Bild erinnert stark an die Mausgalaxie (T – Zeit in Millionen Jahren)
Auf der Suche nach dunkler Materie
Bereits Anfang der 1970er-Jahre gab es ernsthafte Hinweise darauf, dass Galaxien neben Sternen und Gas auch sogenannte dunkle Halos enthalten. Theoretische Argumente folgten aus Überlegungen zur Stabilität der Sternscheiben von Spiralgalaxien, aus Beobachtungen – aus den großen, nicht abnehmenden Geschwindigkeiten der Gasrotation an der entfernten Peripherie der galaktischen Scheiben (dort gibt es fast keine Sterne mehr und daher die (Rotationsgeschwindigkeit wird aus Gasbeobachtungen bestimmt). Wenn die gesamte Masse der Galaxie hauptsächlich in Sternen enthalten wäre, dann Umlaufgeschwindigkeiten Gaswolken außerhalb der Sternscheibe würden mit zunehmender Entfernung immer kleiner. Genau das wird bei Planeten im Sonnensystem beobachtet, deren Masse hauptsächlich in der Sonne konzentriert ist. In Galaxien ist dies oft nicht der Fall, was auf das Vorhandensein einer zusätzlichen, massereichen und vor allem ausgedehnten Komponente in deren Gravitationsfeld hinweist Gaswolken hohe Geschwindigkeiten erreichen.
Auch numerische Modelle von Sternscheiben brachten Überraschungen. Es stellte sich heraus, dass die Scheiben sehr „zerbrechliche“ Gebilde waren – sie veränderten schnell und manchmal katastrophal ihre Struktur und falteten sich spontan von einem flachen und runden Kuchen zu einem Laib, der wissenschaftlich als Riegel bezeichnet wird. Die Situation wurde teilweise klarer, als mathematisches Modell Galaxien haben einen massiven dunklen Halo eingeführt, der nicht zu seiner Gesamtleuchtkraft beiträgt und sich nur durch die Gravitationswirkung auf das stellare Subsystem manifestiert. Wir können die Struktur, Masse und andere Parameter dunkler Halos nur durch indirekte Beweise beurteilen.
Eine Möglichkeit, Informationen über die Struktur dunkler Halos zu erhalten, besteht darin, die ausgedehnten Strukturen zu untersuchen, die sich in Galaxien während ihrer Wechselwirkung bilden. Beispielsweise „stiehlt“ manchmal eine Galaxie während eines nahen Vorbeiflugs einen Teil des Gases von einer anderen und „wickelt“ es in Form eines ausgedehnten Rings um sich selbst. Wenn Sie Glück haben und sich herausstellt, dass der Ring senkrecht zur Rotationsebene der Galaxie steht, kann eine solche Struktur – der Polarring – ziemlich lange existieren, ohne zu kollabieren. Der Entstehungsprozess solcher Details hängt jedoch stark von der Massenverteilung in großen Entfernungen vom Zentrum der Galaxie ab, wo es fast keine Sterne gibt. Beispielsweise kann die Existenz ausgedehnter Polarringe nur erklärt werden, wenn die Masse dunkler Halos etwa doppelt so groß ist wie die Masse der leuchtenden Materie der Galaxie.
Gezeitenschweife dienen auch als zuverlässige Indikatoren für das Vorhandensein dunkler Materie in den Randregionen von Galaxien. Sie können „umgekehrt“ als Thermometer bezeichnet werden: Je größer die Masse der Dunklen Materie, desto kürzer ist die „Quecksilbersäule“, die vom Gezeitenschweif gespielt wird.
Ergebnisse des Millennium-Simulationsprojekts.
Die Bewegung von 10 Milliarden materiellen Punkten wurde simuliert
seit 13 Milliarden Jahren. Im oberen Rahmen jeweils
Der helle Fleck entspricht der Galaxie
Zwei bemerkenswerte Entdeckungen der extragalaktischen Astronomie – die Existenz dunkler Materie und die Verschmelzung von Galaxien – wurden von Kosmologen sofort übernommen, zumal eine Reihe kosmologischer Beobachtungstests auch darauf hindeuteten, dass es in der Natur etwa eine Größenordnung mehr dunkle Materie als gewöhnliche Materie gibt . Der vielleicht erste Beweis für die Existenz verborgener Masse wurde bereits 1933 erbracht, als F. Zwicky bemerkte, dass sich die Galaxien im Coma-Haufen schneller bewegten als erwartet, was bedeutet, dass es eine Art unsichtbare Masse geben muss, die sie daran hindert, auseinanderzufliegen. Die Natur der Dunklen Materie bleibt unbekannt, daher spricht man normalerweise von einer Art abstrakter kalter dunkler Materie (CDM), die nur durch Gravitation mit gewöhnlicher Materie interagiert. Doch dank seiner großen Masse dient genau diese als aktiver Hintergrund, vor dem sich alle Szenarien zur Entstehung und Entwicklung von Strukturen im Universum abspielen. Die gewöhnliche Materie folgt dem vorgeschlagenen Szenario nur passiv.
Diese Ideen bildeten die Grundlage des sogenannten hierarchischen Crowding-Szenarios. Demnach entstehen primäre Störungen in der Dichte der Dunklen Materie aufgrund der Gravitationsinstabilität im jungen Universum und vervielfachen sich dann und verschmelzen miteinander. Dadurch entstehen viele gravitativ gebundene dunkle Lichthöfe, die sich in Masse und Drehimpuls unterscheiden. Gas rollt in die Gravitationsgruben dunkler Halos (dieser Vorgang wird Akkretion genannt), was zur Entstehung von Galaxien führt. Die Geschichte der Verschmelzung und Akkretion jedes Klumpens dunkler Materie bestimmt weitgehend die Art der Galaxie, die in ihm entsteht.
Der Reiz des hierarchischen Crowding-Szenarios besteht darin, dass es die großräumige Verteilung von Galaxien sehr gut beschreibt. Das beeindruckendste numerische Experiment, das in diesem Szenario durchgeführt wurde, heißt Millenium Simulation. Astronomen berichteten 2005 über ihre Ergebnisse. Das Experiment löste das N-Körper-Problem für 10 Milliarden (!) Teilchen in einem Würfel mit einer Kantenlänge von 1,5 Milliarden Parsec. Dadurch war es möglich, die Entwicklung der Veränderungen in der Dichte der Dunklen Materie von dem Moment, als das Universum erst 120 Millionen Jahre alt war, bis heute zu verfolgen. In dieser Zeit gelang es fast der Hälfte der Dunklen Materie, sich zu dunklen Halos unterschiedlicher Größe zu sammeln, von denen es etwa 18 Millionen Stücke gab. Und obwohl es nicht möglich war, eine vollständige und bedingungslose Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Beobachtungen großräumiger Strukturen zu erzielen, gibt es noch mehr zu tun.
Auf der Suche nach den vermissten Zwergen
Das hierarchische Crowding-Szenario sagt voraus, dass es im Halo großer Spiralgalaxien wie unserer Hunderte von „Mini-Pits“ geben sollte, die als Keime für Zwerg-Satellitengalaxien dienen. Das Fehlen so vieler Kleinsatelliten stellt die Standardkosmologie vor einige Schwierigkeiten. Es ist jedoch möglich, dass der springende Punkt einfach eine Unterschätzung der tatsächlichen Anzahl von Zwerggalaxien ist. Deshalb ist ihre gezielte Suche so wichtig. Mit dem Aufkommen großer digitaler Vermessungen des Himmels, die in speziellen elektronischen Archiven gespeichert und für jedermann zugänglich sind, führen Astronomen solche Suchen zunehmend nicht am Himmel, sondern auf dem Bildschirm durch.
Im Jahr 2002 begann ein Forscherteam unter der Leitung von Beth Wilman im Rahmen des Sloan Digital Sky Survey mit der Suche nach unbekannten Satelliten der Milchstraße. Da erwartet wurde, dass ihre Oberflächenhelligkeit sehr gering sein würde – hunderte Male schwächer als das nächtliche Leuchten der Atmosphäre –, beschlossen sie, nach Himmelsgebieten mit einem statistisch signifikanten Überschuss an entfernten Roten Riesen zu suchen – hellen Sternen, die sich im Endstadium befinden ihrer Entwicklung. Der erste Erfolg stellte sich im März 2005 ein. Im Sternbild Ursa Major In einer Entfernung von 300.000 Lichtjahren von uns wurde eine kugelförmige Zwerggalaxie entdeckt. Er wurde der dreizehnte Satellit der Milchstraße und wies eine rekordniedrige Leuchtkraft auf – alle seine Sterne strahlen zusammen als ein Überriese, zum Beispiel Deneb, der hellste Stern im Sternbild Schwan. Die Entdeckung dieser Galaxie gelang an der Grenze der Möglichkeiten der Methode. Das Jahr 2006 erwies sich als äußerst fruchtbar für die Satelliten unserer Galaxie, als zwei weitere Forscherteams sieben kugelförmige Zwerggalaxien rund um die Milchstraße entdeckten. Und das ist offenbar nicht die Grenze.
Galaxien wachsen also aus kleinen Systemen, die durch mehrfache Verschmelzung große Systeme bilden. Gleichzeitig mit dem Verschmelzungsprozess kommt es zur „Sedimentation“ (Akkretion) von Gas- und kleinen Satellitengalaxien große Galaxien. Es ist noch nicht klar, inwieweit diese beiden Prozesse den modernen erwachsenen Galaxientyp – den Hubble-Typ – bestimmen.
Aber auch nachdem sie erwachsen sind, verändern sich Galaxien weiter. Die Veränderungen werden einerseits durch gravitative Wechselwirkungen zwischen ihnen verursacht, die sogar zu einer Veränderung des Galaxientyps führen können, und andererseits durch die langsamen Prozesse der dynamischen Entwicklung bereits vollständig gebildeter Objekte. Beispielsweise unterliegen die Sternscheiben von Spiralgalaxien verschiedenen Arten von Instabilitäten. In ihnen können sich spontan „Jumper“-Balken bilden, durch die Gas effektiv in die Zentralregionen von Galaxien „getrieben“ wird, was zu einer Umverteilung der Materie im System führt. Auch die Stäbe selbst entwickeln sich langsam weiter und wachsen sowohl in der Länge als auch in der Breite. Und die Spiralstruktur der Galaxie selbst ist das Ergebnis von Instabilität.
Hubble teilte einst Galaxien wie folgt. Die elliptischen wurden als frühe Typen klassifiziert, die spiralförmigen als immer neuere. Vielleicht erhielt die „Hubble-Stimmgabel“ deshalb eine evolutionäre Bedeutung. Die dynamische Entwicklung von Galaxien verläuft jedoch eher in die entgegengesetzte Richtung – von späten zu frühen Typen hin zum langsamen Wachstum des zentralen kugelförmigen Subsystems – des Bulge. Aber auf die eine oder andere Weise sind alle drei Prozesse – Verschmelzung, Akkretion und langsame säkulare Evolution – für die Entstehung von Galaxien verantwortlich. Wir verstehen in diesem Bild bereits viel, aber wir müssen noch mehr lernen und verstehen.
Screenshot aus der Anwendung
Weltraum, endloser und majestätischer Raum ... Wie viele Geheimnisse lauern in seinen Tiefen? Wahrscheinlich wird ein Mensch nicht einmal die Hälfte davon lösen. Unser Sonnensystem ist nur ein Teilchen in einer unendlichen Anzahl von Sternhaufen – Galaxien, Wiegen von Sternen und Planetensystemen. Sie schweben langsam über die endlosen Weiten des Universums. Manchmal kommt es vor, dass sich die Wege von Galaxien kreuzen. Dann kommt es zu Auseinandersetzungen wahrhaft grandiosen Ausmaßes.
Wenn Galaxien kollidieren, kommt es zu Energieemissionen mit einer solchen Kraft, dass es schwer zu verstehen ist. Als Folge solcher Ereignisse beginnen die zu einer einzigen Galaxie verschmolzenen Galaxien noch intensiver zu leuchten.
Die Kollision von Galaxien ist angesichts der Größe dieser kosmischen Objekte ein unglaublich langer Prozess. Es kann Millionen oder sogar Milliarden Jahre dauern. Natürlich wird es Wissenschaftlern nie gelingen, den Prozess von Anfang bis Ende zu beobachten. Daher kommt es den Astronomen zu Hilfe Technische Informatik. Moderne Computer ermöglichen es, den Prozess tausendfach beschleunigt nachzubilden.
Galaktische Kollisionen auf dem Bildschirm
Eine interaktive 3D-Kollision zweier Galaxien ermöglicht es jedem von uns, den Kollisionsprozess mitzuerleben.
Sie können beobachten, wie zwei Galaxien kollidieren. Gleichzeitig zieht die Schwerkraft ihre Kerne an, bei denen es sich meist um Schwarze Löcher handelt, und sie beginnen ihren kosmischen Tanz. Gleichzeitig werden einige Sternensysteme aus der Region geschleudert und beginnen ihre einsame Reise durch die Weiten des Weltraums. Im Programm werden Sternensysteme durch farbige Punkte dargestellt.
Wie benutzt man
Die Maus dient zur Navigation durch das Programm. Wenn Sie es im Anwendungsfenster bewegen, ändert sich der Winkel, und durch Drehen des Rads können Sie den Maßstab ändern. Durch Klicken mit der Maustaste wird die Simulation zurückgesetzt. Der Prozess beginnt von neuem.
Dieses kleine Programm lässt Sie sich fragen, was mit unserer Welt passieren wird, wenn sich in drei Milliarden Jahren die Milchstraße und der Andromedanebel kreuzen und aufeinander zustürmen? Werden wir als einsam wanderndes Sonnensystem am Rande des Universums landen? Oder wird unser Himmel mit neuen Sternen erstrahlen? Und wird es bis dahin überhaupt Menschen auf unserer Erde geben, denen das auffällt?
> >> MilchstraßenkollisionFinde es heraus, Mit wem wird die Milchstraße kollidieren?: Abstand zu benachbarten Galaxien, Annäherung und Verschmelzung mit Andromeda, Beobachtungen Hubble Teleskop was mit uns passieren wird.
Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass die Milchstraße in 4 Milliarden Jahren ihre gewohnte Form verlieren wird, wenn sie mit der Andromeda-Galaxie kollidiert. Als Ergebnis werden wir eine neue riesige Hybridgalaxie bekommen. Höchstwahrscheinlich wird es die Form einer Ellipse haben.
Einerseits ist das nichts Besonderes. Auch jetzt noch in weiten Teilen WeltraumÄhnliche galaktische Verschmelzungen können beobachtet werden. Aber vergessen wir nicht, dass dieses Ereignis unser Zuhause betrifft ( Sonnensystem und Erde).
Die zukünftige Kollision von Milchstraße und Andromeda gilt nicht als schockierende Nachricht, da Wissenschaftler seit langem davon wissen. Galaxien nähern sich einander mit einer Geschwindigkeit von 400.000 km/h. Bisher war dies jedoch nur eine Annahme, da niemand in der Lage war, seitliche Bewegungen zu messen. Jetzt hat sich alles verändert.
Sieben Jahre lang nutzten Forscher das Hubble-Weltraumteleskop, um bestimmte Bereiche der Nachbargalaxie zu beobachten. Sie fanden heraus, dass Andromeda nicht vorbeikommen würde, sondern auf einen Frontalzusammenstoß abzielte. Der erste Einschlag wird in 4 Milliarden Jahren stattfinden und der Verschmelzungsprozess wird in 6 Milliarden Jahren abgeschlossen sein.
Kosmische Kollision der Milchstraße
So etwas hat unsere Galaxie in ihrer gesamten Existenz (13,5 Milliarden Jahre) noch nie erlebt. Natürlich hat es bereits zuvor Zwerggalaxien absorbiert, aber dies ist der erste Kontakt mit einem so großen Objekt.
Es macht keinen Sinn, sich um Ihre Sicherheit zu sorgen, da weder Russland noch unser Planet bedroht sind. Wir sprechen von der Passage zweier riesiger Räume, deren Objekte über große Entfernungen verteilt sind. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit von Sternkollisionen ist minimal. Aber wir sind dazu bestimmt, unseren Wohnort zu wechseln, da die neue Galaxie anders aussehen wird. Höchstwahrscheinlich wird das System viel weiter vom Kern entfernt sein.
Wie der Nachthimmel nach einer solchen Kollision aussehen wird
Die Kollision der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie wird das verändern, was wir am Nachthimmel gewohnt sind. Wenn die Menschheit in 3,75 Milliarden Jahren weiter existiert, werden die Menschen dazu bestimmt sein, helle Regionen der Sternentstehung in einer neuen Galaxie zu beobachten. Nach 7 Milliarden Jahren wird der hellste Kern des elliptischen Riesen dominant werden. Aber vergessen wir nicht, dass es in diesem Moment auf die Bühne des Roten Riesen gehen sollte und wir dieses Spektakel möglicherweise einfach nicht sehen.
Die Verwendung von Hubble hat es ermöglicht, nicht nur zu lernen, in die Vergangenheit zu blicken, sondern auch die Zukunft zu modellieren, auf die uns das Universum vorbereitet. Deshalb wissen wir jetzt nicht nur, woher wir kommen, sondern auch, wohin wir gehen.
die Milchstrasse Und Andromeda-Nebel- die größte der rund 40 Galaxien, die unsere lokale Gruppe bilden.
Die lokale Galaxiengruppe wird durch Gravitationskräfte vereint und zerstreut sich daher nicht, sondern verschmelzt allmählich.
Verschmelzung der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie (im übertragenen Sinne)
Wie Astronomen festgestellt haben, waren Andromeda und die Milchstraße vor 4,7 Milliarden Jahren, als unsere Sonne gerade entstand, durch einen Abstand von 4,2 Millionen Lichtjahren getrennt, und inzwischen ist dieser Abstand auf 2,5 bis 2,6 Millionen Lichtjahre gesunken, und die Geschwindigkeit Die Herangehensweise nimmt ständig zu.
Bereits 1912 stellte der amerikanische Astronom Vesto Slifer anhand einer Analyse der Doppler-Verschiebung der Spektrallinien von Sternen fest, dass sich Andromeda mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 km/s auf die Sonne zubewegte.
Mitte des 20. Jahrhunderts wurde klar, dass die hohe Geschwindigkeit der Annäherung von Andromeda an das Sonnensystem hauptsächlich mit der Umlaufbewegung des Sonnensystems selbst um das Zentrum der Galaxie mit einer Geschwindigkeit von etwa 225 km/s zusammenhängt. Richtung Andromeda gerichtet.
Nach aktualisierten Schätzungen beträgt die Konvergenzgeschwindigkeit der Galaxien selbst – der Milchstraße und der Andromeda – 110–120 km/s. Darüber hinaus im Zeitraum 2002-2010 durchgeführt. Messungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop zeigten, dass Andromeda sich uns fast geradlinig nähert und eine „Kollision“ von Galaxien nahezu unvermeidlich ist.
Wenn wir „Kollision“ sagen, müssen wir verstehen, dass eine physische Kollision von Objekten wie Sternen aufgrund der geringen Materiekonzentration in Galaxien und der extremen Entfernung der Objekte voneinander unwahrscheinlich ist.
Beispielsweise befindet sich der der Sonne am nächsten liegende Stern, Proxima Centauri, in einer Entfernung von etwa 4,22 Lichtjahre von der Erde, das ist 270.000 Mal mehr Abstand von der Erde zur Sonne. Zum Vergleich: Wenn die Sonne die Größe einer Münze mit einem Durchmesser von 2,5 Zentimetern hätte, wäre die nächste Münze/Stern 718 Kilometer entfernt.
Wissenschaftler sagen voraus, dass sich die Halos der Galaxien in 4 Milliarden Jahren zum ersten Mal kreuzen, was ihre gegenseitige Anziehungskraft verstärken wird, und nach weiteren 2-3 Milliarden Jahren werden diese beiden Sternensysteme schließlich zu einem einzigen Konglomerat verschmelzen, das bereits benannt wurde „Milkomeda“, zusammengestellt aus dem gebräuchlichen Namen unserer Galaxie – der Milchstraße und Andromeda.
Berechnungen zufolge werden die Sterne und das Gas der Andromeda-Galaxie in etwa drei Milliarden Jahren von der Erde aus mit bloßem Auge sichtbar sein.
„Heute sieht die Andromedagalaxie von der Erde aus wie ein kleines, verschwommenes Objekt aus. Astronomen haben sie zum ersten Mal vor mehr als tausend Jahren betrachtet“, sagt Roland van der Marel vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Wenige Dinge beschäftigen die Menschen mehr als weltraumbezogene Themen. Und wir können vorhersagen, dass dieses kleine, verschwommene Objekt eines Tages unsere Sonne und das gesamte Sonnensystem verschlingen könnte“, fügt der Astronom hinzu.
Durch die Verschmelzung von Galaxien entsteht ein riesiger Sternhaufen, der chaotisch um ein gemeinsames Zentrum schwärmt. Im Zentrum entsteht ein System aus zwei supermassiven Schwarzen Löchern, in das sie sich verwandeln ehemalige Zentren zwei Galaxien. Sie werden immer aktiver Materie absorbieren, die in der Nähe von Schwarzen Löchern beschleunigt und starke Gammastrahlen aussendet. Darüber hinaus bilden sich in der Nähe von Schwarzen Löchern mächtige Jets – relativistische Materiejets, die von ihren Polen ausgestoßen werden. An Orten, an denen Jets sowie Gas- und Staubwolken kollidieren, erscheinen helle Ansammlungen junger massereicher Sterne.
Welches Schicksal erwartet das Sonnensystem während der Galaxienverschmelzung?
Wissenschaftler schätzen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass diese Fusion unsere Sonne in den interstellaren Raum schleudert, bei 12 Prozent liegt. Es ist aber auch möglich, dass das Sonnensystem vollständig vom Andromedanebel erfasst wird – die Wahrscheinlichkeit dafür liegt bei drei Prozent.
Das wahrscheinlichste Szenario ist jedoch folgendes: Das Sonnensystem wird an die Peripherie geschleudert neue Galaxie, in den Bereich der ihn umgebenden diffusen Gaswolke – den Halo. Gleichzeitig wird es sich in einer ziemlich sicheren Entfernung – mindestens 100.000 Lichtjahre – vom galaktischen Zentrum befinden.
Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Galaxienverschmelzung bis zum Abschluss abgeschlossen sein wird
Viel wichtiger für das Leben auf der Erde als alle oben genannten Szenarien wird die Entwicklung unserer Sonne und ihre anschließende Umwandlung in einen Roten Riesen in 5-6 Milliarden Jahren sein.
Basierend auf Beobachtungen vermuten Wissenschaftler, dass Andromedas kleiner Satellit, die Triangulum-Galaxie (M33), ebenfalls am Fusionsprozess beteiligt sein wird. 3-4 Milliarden Jahre nach der Verschmelzung von Andromeda und Milchstraße wird die M33-Galaxie mit einer neuen Formation („Milcomeda“) kollidieren und nach dem gleichen Szenario wahrscheinlich mit dieser verschmelzen.
Ob alles so oder nicht ganz so oder gar nicht so ablaufen wird, lässt sich heute nur schwer verlässlich beurteilen, wenn man versucht, Milliarden von Jahren in die Zukunft zu blicken... . Für.
Kollision von Galaxien- ein Ereignis wahrlich grandiosen Ausmaßes. Nichts im gesamten Universum kann sich in seiner Größe mit diesem Phänomen vergleichen, außer vielleicht dem Urknall.
Die angebliche Kollision zweier „nahegelegener“ Galaxien – Milchstraße Und Andromeda-Nebel(M31) – wird in etwa 5 bis 5,5 Milliarden Jahren auftreten. Die Kollision von Galaxien ist nicht ganz normal. Im Gegensatz zu Kollisionen wie Asteroiden, bei denen es zu direktem Kontakt und Zerstörung der Objekte selbst kommt, ist es bei der Kollision staubiger Sternhaufen äußerst unwahrscheinlich, dass Objekte wie Sterne und Planeten, die in jeder Galaxie enthalten sind, tatsächlich miteinander kollidieren auf die geringe Konzentration der Stoffe und die große Entfernung einzelner Objekte zurückzuführen. Zum Beispiel, Proxima Centauri aus dem Sternbild Lyra – dem nächsten Stern nach der Sonne – ist 4,22 Lichtjahre von uns entfernt, diese Entfernung ist 270.000 Mal größer als die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Zum Vergleich: Wenn Sie sich die Sonne als Golfball vorstellen, wäre Proxima 700 km entfernt.
Die Tatsache, dass es schon einmal Galaxienverschmelzungen gegeben hat, ist keine Neuigkeit mehr; es wurden bereits zahlreiche Beweise dafür gefunden. Doch ob unsere Galaxie mit dem Andromeda-Nebel kollidieren wird, ist noch nicht ganz klar: Erstens wurden noch zu wenige Daten über die Eigenschaften beider Galaxien gesammelt, insbesondere die Messung der transversalen Rotationsgeschwindigkeit von Andromeda; Zweitens reicht die Leistung selbst der fortschrittlichsten Supercomputer immer noch nicht aus, um solche groß angelegten Prozesse zu simulieren, geschweige denn alle möglichen und unmöglichen Bedingungen und Faktoren zu berücksichtigen. Wie Wissenschaftler anmerken, wird es Ende dieses Jahres dank des Starts des neuen Gaia-Weltraumteleskops zu einer leichten Verschiebung vom Totpunkt kommen, das die Quergeschwindigkeit der Nachbargalaxie messen muss, indem es die genaue Leuchtkraft der Andromeda bestimmt Sterne.
Fotos von verschmelzenden Galaxien, aufgenommen mit dem Hubble-Teleskop
Selbst wenn es in etwa 3 Milliarden Jahren nicht zu einer Kollision kommt, werden sich die oben genannten Galaxien so nahe kommen, dass der Andromeda-Nebel und seine hellsten Sterne von der Erde aus mit bloßem Auge deutlich sichtbar sein werden; er wird die Größe und Helligkeit des Nebels annähern Mond.
Ungefähr so wird Andromeda in drei Milliarden Jahren am Nachthimmel aussehen
Solche Kollisionen sind ein ziemlich häufiges Phänomen – unter dem Einfluss der Schwerkraft werden Galaxien von Zeit zu Zeit voneinander angezogen und verschmelzen. Dieselbe Andromeda beispielsweise hat in der Vergangenheit mindestens eine Zwerggalaxie wie die Milchstraße verschluckt. Es ist auch möglich, dass das Sonnensystem an den äußersten Rand einer neuen Galaxie oder sogar über deren Grenzen hinaus geworfen wird. Doch so seltsam es auch klingen mag, ein solches Ereignis wird keine bringen negative Auswirkungen für unser Planetensystem.
Diese Videos sind das Ergebnis einer Kollisionssimulation auf den leistungsstärksten Supercomputern der Welt. Die ersten beiden wurden von Frank Summers vom Cosmological Research Institute erstellt und basieren auf der Arbeit der Professoren Chris Migos und Lars Hernqvist. Sie sollten der Computervisualisierung nicht zu 100 Prozent vertrauen, da die Rechenleistung von Computern, wie oben bereits erwähnt, noch nicht ausreicht.
Es wird vorgeschlagen, dass die entstandene Galaxie Mammut genannt wird.
