26.1: Ugunduzi wa galaxies

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza uvumbuzi uliothibitisha kuwepo kwa galaxi ambazo ziko mbali zaidi ya Galaxy ya Milky Way
• Eleza kwa nini galaxi zilikuwa zinaitwa nebulae na kwa nini hatuziingiza katika jamii hiyo tena

Kukua katika wakati ambapo darubini ya Hubble Space inazunguka juu ya vichwa vyetu na darubini kubwa zinatokea juu ya milima mikubwa duniani, unaweza kushangaa kujifunza kwamba hatukuwa na uhakika kuhusu kuwepo kwa galaxi nyingine kwa muda mrefu sana. Wazo la kwamba galaxi nyingine zipo lilitumika kuwa na utata. Hata katika miaka ya 1920, wanaastronomia wengi walidhani Njia ya Milky ilizunguka yote yaliyopo katika ulimwengu. Ushahidi uliopatikana mwaka wa 1924 ambao ulimaanisha Galaxy yetu sio peke yake ilikuwa mojawapo ya uvumbuzi mkubwa wa kisayansi wa karne ya ishirini.

Haikuwa kwamba wanasayansi hawakuuliza maswali. Walihoji utungaji na muundo wa ulimwengu mapema karne ya kumi na nane. Hata hivyo, pamoja na darubini zilizopo katika karne za awali, galaxi zilionekana kama sehemu ndogo za mwanga ambazo zilikuwa vigumu kutofautisha na makundi ya nyota na mawingu ya gesi na vumbi ambayo ni sehemu ya Galaxy yetu wenyewe. Vitu vyote ambavyo hazikuwa pointi kali za nuru vilipewa jina moja, nebulae, neno la Kilatini kwa “mawingu.” Kwa sababu maumbo yao sahihi mara nyingi yalikuwa magumu kufanya na hakuna mbinu zilizokuwa zimepangwa kwa kupima umbali wao, asili ya nebulae ilikuwa chini ya mjadala mwingi.

Mapema karne ya kumi na nane, mwanafalsafa Immanuel Kant (1724—1804) alipendekeza kwamba baadhi ya nebulae inaweza kuwa mifumo ya mbali ya nyota (nyingine Milky Ways), lakini ushahidi wa kuunga mkono pendekezo hili ulikuwa zaidi ya uwezo wa darubini za wakati ule.

Galaxi nyingine

Kufikia mwanzoni mwa karne ya ishirini, baadhi ya nebula zilikuwa zimetambuliwa kwa usahihi kama kundinyota za nyota, na nyingine (kama vile Nebula ya Orion) kama nebula ya gesi. Nebulae nyingi, hata hivyo, zilionekana kuwa zimezimia na zisizo wazi, hata kwa darubini bora, na umbali wao ulibakia haijulikani. (Kwa maelezo zaidi juu ya jinsi nebulae hiyo inaitwa, kwa njia, angalia sanduku la kipengele kwenye Jina la Nebulae katika Sehemu ya 20.1 katika sura ya suala la interstellar.) Ikiwa nebulae hizi zilikuwa karibu, na umbali ulinganishwa na ule wa nyota zinazoonekana, labda zilikuwa mawingu ya gesi au makundi ya nyota ndani ya galaxi yetu. Ikiwa, kwa upande mwingine, walikuwa mbali, mbali zaidi ya makali ya Galaxy, inaweza kuwa mifumo mingine ya nyota iliyo na mabilioni ya nyota.

Kuamua nebulae ni nini, wanaastronomia walipaswa kutafuta njia ya kupima umbali kwa angalau baadhi yao. Wakati darubini ya mita 2.5 (100-inch) kwenye mlima Wilson kusini mwa California ilipoingia katika operesheni, wanaastronomia hatimaye walikuwa na darubini kubwa waliyohitaji ili kutatua utata huo.

Kufanya kazi na darubini ya mita 2.5, Edwin Hubble aliweza kutatua nyota za mtu binafsi katika nebulae nyepesi zenye umbo la mviringo, ikiwa ni pamoja na M31, ond kubwa katika Andromeda (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kati ya nyota hizi, aligundua baadhi ya nyota zenye kuzimia zinazobadilika ambazo —alipochambua pembe zao za nururi-zikageuka kuwa cepheids. Hapa kulikuwa na viashiria vya kuaminika ambavyo Hubble angeweza kutumia kupima umbali wa nebulae kwa kutumia mbinu iliyoanzishwa na Henrietta Leavitt (tazama sura ya umbali wa Mbinguni). Baada ya kazi ya uchungu, alikadiria kuwa galaksi ya Andromeda ilikuwa karibu miaka ya nuru 900,000 mbali na sisi. Katika umbali huo mkubwa, ilipaswa kuwa galaxi tofauti ya nyota iliyopo vizuri nje ya mipaka ya Milky Way. Leo, tunajua galaxy ya Andromeda ni kweli zaidi ya mara mbili mbali kama makadirio ya kwanza ya Hubble, lakini hitimisho lake kuhusu asili yake ya kweli bado haibadilika.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Andromeda Galaxy. Pia inajulikana kwa idadi yake catalog M31, Andromeda Galaxy ni kubwa ond galaxy sawa sana katika muonekano wa, na kidogo kubwa kuliko, Galaxy yetu wenyewe. Katika umbali wa miaka ya nuru milioni 2.5, Andromeda ni galaksi ya ond ambayo iko karibu na yetu wenyewe angani. Hapa, inaonekana na galaxi zake mbili za satelaiti, M32 (juu) na M110 (chini).

Hakuna mtu katika historia ya binadamu aliyewahi kupima umbali mkubwa sana. Wakati karatasi ya Hubble juu ya umbali wa nebulae ilisomwa kabla ya mkutano wa Shirika la Marekani la Astronomical siku ya kwanza ya 1925, chumba nzima kilianza katika ovation ya kusimama. Wakati mpya ulikuwa umeanza katika utafiti wa ulimwengu, na shamba jipya la sayansi-extragalactic astronomy-lilikuwa limezaliwa tu.

Edwin Hubble: Kupanua Ulimwengu

Mwana wa wakala wa bima ya Missouri, Edwin Hubble (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)) alihitimu shule ya sekondari akiwa na umri wa miaka 16. Alistahili katika michezo, kushinda barua katika wimbo na mpira wa kikapu katika Chuo Kikuu cha Chicago, ambako alisoma sayansi na lugha zote mbili. Wote baba yake na babu walitaka asome sheria, hata hivyo, naye alitoa kwa shinikizo la familia. Alipata udhamini wa kifahari wa Rhodes kwa Chuo Kikuu cha Oxford nchini Uingereza, ambako alisoma sheria na shauku tu ya middling. Akarudi kuwa Marekani, alitumia mwaka mmoja akifundisha fizikia ya shule ya sekondari na Kihispania pamoja na kufundisha mpira wa kikapu, huku akijaribu kuamua mwelekeo wa maisha yake.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Edwin Hubble (1889—1953). Edwin Hubble alianzisha baadhi ya mawazo muhimu zaidi katika utafiti wa galaxi.

Uvutaji wa astronomia hatimaye ulionekana kuwa na nguvu mno kupinga, na hivyo Hubble alirudi Chuo Kikuu cha Chicago kwa kazi ya kuhitimu. Kama vile alikuwa karibu kumaliza shahada yake na kukubali ofa ya kufanya kazi hivi karibuni-kukamilika darubini ya mita 2.5, Marekani iliingia Vita Kuu ya Dunia, na Hubble alijiandikisha kama afisa. Ingawa vita vilikwisha kumalizika wakati alipofika Ulaya, alipata mafunzo zaidi ya afisa nje ya nchi na kufurahia muda mfupi wa utafiti zaidi wa astronomia huko Cambridge kabla ya kupelekwa nyumbani.

Mwaka 1919, akiwa na umri wa miaka 30, alijiunga na wafanyakazi katika mlima Wilson na kuanza kufanya kazi na darubini kubwa zaidi duniani. Kuiva na uzoefu, juhudi, nidhamu, na mwangalizi stadi, Hubble hivi karibuni kuanzisha baadhi ya mawazo muhimu katika astronomy ya kisasa. Alionyesha kuwa galaxies nyingine kuwepo, classified yao kwa misingi ya maumbo yao, kupatikana mfano kwa mwendo wao (na hivyo kuweka dhana ya ulimwengu kupanua juu ya imara uchunguzi cheo), na kuanza mpango wa maisha ya kujifunza usambazaji wa galaxies katika ulimwengu. Ingawa wengine wachache walikuwa na vipande vya puzzle, ilikuwa Hubble ambaye aliiweka yote pamoja na kuonyesha kuwa uelewa wa muundo mkubwa wa ulimwengu ulikuwa unawezekana.

Kazi yake ilileta Hubble maarufu sana na medali nyingi, tuzo, na digrii za heshima. Alipokuwa anafahamika zaidi (alikuwa mwanaastronomia wa kwanza kuonekana kwenye bima la gazeti la Time), yeye na mke wake walifurahia na kulima urafiki na nyota za filamu na waandishi huko Kusini mwa California. Hubble alikuwa ala (kama utasamehe pun) katika kupanga na kujenga darubini ya mita 2.5 kwenye mlima wa Palomar, na alikuwa ameanza kuitumia kwa ajili ya kusoma galaxi alipofariki kutokana na kiharusi mwaka 1953.

Wanaastronomia walipojenga darubini ya angani ambayo ingewawezesha kupanua kazi ya Hubble hadi umbali aliweza kuota tu, ilionekana asili kuitaja kwa heshima yake. Ilikuwa inafaa kwamba uchunguzi na darubini ya Hubble Space (na kazi yake ya msingi juu ya upanuzi wa ulimwengu) imechangia Tuzo ya Nobel ya 2011 katika Fizikia, iliyotolewa kwa ugunduzi kwamba upanuzi wa ulimwengu unaharakisha (mada tutapanua juu katika sura ya Big Bang).

Muhtasari

Makundi ya nyota yenye kukata tamaa, mawingu ya gesi inang'aa, na galaxi zote zilionekana kama viraka vya mwanga (au nebulae) katika darubini zinazopatikana mwanzoni mwa karne ya ishirini. Ilikuwa tu wakati Hubble alipopima umbali wa galaksi ya Andromeda kwa kutumia vigezo vya cepheid na mtafakari mkubwa wa mita 2.5 kwenye Mlima Wilson mwaka 1924 kwamba kuwepo kwa galaxi nyingine zinazofanana na Milky Way kwa ukubwa na maudhui ilianzishwa.