28.1: Uchunguzi wa Galaxi za mbali

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi wanaastronomia wanavyotumia mwanga kujifunza kuhusu galaxi za mbali
• Jadili ushahidi unaoonyesha kuwa nyota za kwanza ziliumbwa wakati ulimwengu ulikuwa chini ya 10% ya umri wake wa sasa
• Eleza tofauti kubwa zinazoonekana kati ya galaxi zinazoonekana katika ulimwengu wa mbali, mapema na galaxi zinazoonekana katika ulimwengu wa karibu leo

Hebu tuanze kwa kuchunguza baadhi ya mbinu wanaastronomia wanaotumia kujifunza jinsi galaxi zinazaliwa na kubadilika kwa muda wa cosmic. Tuseme ulitaka kuelewa jinsi binadamu wazima walivyopata kuwa njia walivyo. Kama ungekuwa wakfu sana na subira, unaweza kweli kuchunguza sampuli ya watoto tangu kuzaliwa, kufuata yao kupitia utoto, ujana, na katika watu wazima, na kufanya vipimo vya msingi kama vile urefu wao, uzito, na ukubwa sawia wa sehemu mbalimbali za miili yao kuelewa jinsi mabadiliko baada ya muda.

Kwa bahati mbaya, hatuna uwezekano wa kuelewa jinsi galaxi zinavyokua na kubadilika baada ya muda: katika maisha ya binadamu—au hata juu ya historia yote ya ustaarabu wa binadamu—galaxi za mtu binafsi hazibadilika kabisa. Tunahitaji zana zingine zaidi ya kuchunguza galaxi moja kwa uvumilivu ili kujifunza na kuelewa mabadiliko hayo marefu, ya polepole.

Hata hivyo, tuna mali moja ya ajabu katika kusoma mageuzi ya galactic. Kama tulivyoona, ulimwengu wenyewe ni aina ya mashine ya muda ambayo inatuwezesha kuchunguza galaxi za mbali kama zilivyokuwa zamani. Kwa galaxi za karibu zaidi, kama galaxi ya Andromeda, wakati mwanga unachukua ili kutufikia ni juu ya utaratibu wa miaka mia chache hadi miaka milioni chache. Kwa kawaida si mabadiliko mengi zaidi ya nyakati ambazo nyota fupi-mtu binafsi katika galaksi zinaweza kuzaliwa au kufa, lakini muundo wa jumla na kuonekana kwa galaksi zitabaki sawa. Lakini tumeona galaxi mbali sana kwamba tunaziona kama zilivyokuwa wakati mwanga uliwaacha zaidi ya miaka bilioni 10 iliyopita.

Kwa kuchunguza vitu vya mbali zaidi, tunaangalia zaidi kuelekea wakati ambapo galaxi zote mbili na ulimwengu zilikuwa vijana (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Hii ni kidogo kama kupata barua katika barua kutoka kwa marafiki kadhaa mbali: mbali zaidi rafiki alikuwa wakati yeye barua pepe kwa wewe, tena barua lazima kuwa katika transit, na hivyo wazee habari ni wakati inapofika katika mailbox yako; unajifunza kitu kuhusu maisha yake wakati wa awali kuliko wakati kusoma barua.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Astronomical Time Travel Picha hii ya kweli, ya muda mrefu, iliyofanywa wakati wa njia 70 za Dunia na darubini ya Hubble Space, inaonyesha eneo ndogo katika mwelekeo wa Sculptor ya nyota. Kundi kubwa la galaxi lililoitwa Abell 2744 linaonekana mbele ya picha hii. Ina galaxi mia kadhaa, na tunaziona kama zilivyoonekana miaka bilioni 3.5 iliyopita. Mvuto mkubwa katika Abell 2744 hufanya kazi kama lens ya mvuto (angalia sanduku la kipengele cha Misingi ya Astronomia kwenye Lensing ya Gravitational katika Sehemu ya 28.3) ili kupiga nafasi na kuangaza na kukuza picha za karibu 3000 galaxi za mbali za nyuma. Galaksi za mbali zaidi (wengi wao ni bluu kabisa) zinaonekana kama walivyofanya zaidi ya miaka bilioni 12 iliyopita, si muda mrefu baada ya Big Bang. Galaksi za bluu zilikuwa za kawaida zaidi katika wakati huo wa awali kuliko ilivyo leo. Galaksi hizi zinaonekana buluu kwa sababu zinaendelea kuundwa kwa nyota na kutengeneza nyota zenye moto, angavu za buluu.

Kama hatuwezi kuchunguza moja kwa moja mabadiliko baada ya muda katika galaxi binafsi kwa sababu yanatokea polepole mno, basi tunawezaje kuelewa mabadiliko hayo na asili ya galaxi? Suluhisho ni kuchunguza galaxi nyingi katika umbali tofauti wa cosmic na kwa hiyo, nyakati za kuangalia nyuma (jinsi ya nyuma kwa wakati tunaona galaxy). Ikiwa tunaweza kujifunza galaxi elfu za mbali sana za “mtoto” wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka bilioni 1, na galaxi elfu za karibu zaidi za “mtoto” wakati ulikuwa na umri wa miaka bilioni 2, na kadhalika mpaka ulimwengu wa sasa wa miaka bilioni 13.8 wa galaxi za watu wazima wenye kukomaa karibu nasi leo, basi labda tunaweza kukata pamoja picha thabiti ya jinsi Ensemble nzima ya galaxi yanavyoendelea baada ya muda. Hii inatuwezesha kujenga upya “hadithi ya maisha” ya galaxi tangu ulimwengu ulipoanza, ingawa hatuwezi kufuata galaxi moja tangu utoto hadi uzee.

Kwa bahati nzuri, hakuna uhaba wa galaxi za kujifunza. Weka pinki yako kwa urefu wa mkono: sehemu ya anga iliyozuiwa na kidole chako ina takriban galaxi milioni moja, iliyopigwa mbali zaidi na mbali zaidi katika nafasi na wakati. Kwa kweli, mbingu imejaa galaksi, zote, isipokuwa Andromeda na Mawingu ya Magellanic, hazizimia sana kuona kwa macho ya uchi—zaidi ya galaxi bilioni 100 katika ulimwengu unaoonekana, kila moja ikiwa na nyota bilioni 100.

Mashine hii ya wakati wa cosmic, basi, inatuwezesha kutazama katika siku za nyuma ili kujibu maswali ya msingi kuhusu mahali ambapo galaxi zinatoka na jinsi zilivyopaswa kuwa jinsi ilivyo leo. Wanaastronomia huita mabadiliko hayo ya galactic juu ya mageuzi ya wakati wa cosmic, neno ambalo linakumbuka kazi ya Darwin na wengine juu ya maendeleo ya maisha duniani. Lakini kumbuka kwamba mageuzi ya galaxi inahusu mabadiliko katika galaxi za mtu binafsi baada ya muda, ilhali aina ya mageuzi wanabiolojia utafiti ni mabadiliko katika vizazi mfululizo wa viumbe hai baada ya muda.

Spectra, Rangi, na Maumbo

Astronomia ni mojawapo ya sayansi chache ambazo vipimo vyote vinapaswa kufanywa kwa mbali. Wanajiolojia wanaweza kuchukua sampuli za vitu wanavyojifunza; wanakemia wanaweza kufanya majaribio katika maabara yao ili kuamua ni dutu gani inayotengenezwa; wanaakiolojia wanaweza kutumia dating ya kaboni ili kuamua ni umri gani kitu kilivyo. Lakini wanaastronomia hawawezi kuchukua na kucheza na nyota au galaxi. Kama tulivyoona katika kitabu hiki, kama wanataka kujua ni galaksi gani zilizofanywa na jinsi zilivyobadilika katika maisha ya ulimwengu, lazima zitambue ujumbe uliobeba na idadi ndogo ya fotoni zinazofikia Dunia.

Kwa bahati nzuri (kama umejifunza) mionzi ya umeme ni chanzo kikubwa cha habari. Umbali wa galaxy unatokana na mabadiliko yake ya redshift (ni kiasi gani mistari katika wigo wake inabadilishwa kuwa nyekundu kwa sababu ya upanuzi wa ulimwengu). Uongofu wa redshift kwa umbali unategemea mali fulani za ulimwengu, ikiwa ni pamoja na thamani ya mara kwa mara ya Hubble na ni kiasi gani cha wingi unao. Tutaelezea mfano wa sasa uliokubaliwa wa ulimwengu katika Big Bang. Kwa madhumuni ya sura hii, ni kutosha kujua kwamba makadirio bora ya sasa ya umri wa ulimwengu ni miaka bilioni 13.8. Katika hali hiyo, ikiwa tunaona kitu kilichotoa mwanga wake miaka ya mwanga bilioni 6 iliyopita, tunaiona kama ilivyokuwa wakati ulimwengu ulikuwa karibu miaka bilioni 8. Ikiwa tutaona kitu kilichotoa mwanga wake miaka bilioni 13 iliyopita, tunaiona kama ilivyokuwa wakati ulimwengu ulikuwa chini ya umri wa miaka bilioni. Kwa hiyo wanaastronomia wanapima mabadiliko ya galaxi kutoka kwenye wigo wake, hutumia mara kwa mara ya Hubble pamoja na mfano wa ulimwengu ili kugeuza mabadiliko ya redshift kuwa mbali, na kutumia umbali na kasi ya nuru ya mara kwa mara ili kubainisha umbali gani kwa wakati wanaona galaxy-wakati wa kutazama nyuma.

Mbali na umbali na wakati wa kuangalia nyuma, tafiti za mabadiliko ya Doppler ya mistari ya spectral ya galaxy zinaweza kutuambia jinsi galaxy inavyozunguka haraka na hivyo ni jinsi gani ilivyo kubwa (kama ilivyoelezwa katika Galaxies). Uchunguzi wa kina wa mistari hiyo unaweza pia kuonyesha aina za nyota zinazoishi galaxy na ikiwa ina kiasi kikubwa cha suala la interstellar.

Kwa bahati mbaya, galaxi nyingi zimezimia kiasi kwamba kukusanya mwanga wa kutosha kuzalisha wigo wa kina kwa sasa haiwezekani. Kwa hivyo wanaastronomia wanapaswa kutumia mwongozo mkali sana ili kukadiria ni aina gani za nyota zinazokaa ndani ya galaxi kali zaidi—rangi zake kwa jumla. Angalia tena katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\) na taarifa kwamba baadhi ya galaxies ni bluu sana na wengine ni nyekundu-machungwa. Sasa kumbuka kwamba nyota za bluu za moto, zenye kuangaza ni kubwa sana na zina maisha ya miaka milioni chache tu. Ikiwa tutaona galaxi ambako rangi za rangi ya buluu zinatawala, tunajua kwamba ni lazima iwe na nyota nyingi za moto, zenye kung'aa, na umbo hilo la nyota lazima limefanyika katika miaka milioni chache kabla mwanga haujaondoka galaxi. Katika galaxi ya manjano au nyekundu, kwa upande mwingine, nyota zenye rangi ya buluu ambazo hakika zilifanywa katika kupasuka kwa nyota za mwanzo za galaksi lazima zimekufa tayari; ni lazima ziwe na nyota nyingi za zamani za njano na nyekundu ambazo hudumu kwa muda mrefu katika hatua zao kuu za mlolongo na hivyo ziliunda mabilioni ya miaka kabla ya mwanga kwamba sisi sasa kuona ilikuwa lilio.

Kidokezo kingine muhimu kwa asili ya galaksi ni umbo lake. Galaksi za kiroho zinaweza kutofautishwa na galaxi za elliptical kwa sura. Uchunguzi unaonyesha kuwa galaksi za ond zina nyota changa na kiasi kikubwa cha mambo ya kati ya nyota, huku galaxi za duaradufu zina nyota nyingi za zamani na malezi ya nyota kidogo sana au hakuna. Galaksi za elliptical zilibadilisha sehemu kubwa ya mambo yao ya kibaguzi kuwa nyota mabilioni mengi ya miaka iliyopita, huku uundaji wa nyota umeendelea hadi leo katika galaxi za ond.

Ikiwa tunaweza kuhesabu idadi ya galaxi za kila aina wakati wa kila wakati wa ulimwengu, itatusaidia kuelewa jinsi kasi ya malezi ya nyota inabadilika na wakati. Kama tutakavyoona baadaye katika sura hii, galaxi katika ulimwengu wa mbali-yaani, galaxi vijana - inaonekana tofauti sana na galaxi za zamani ambazo tunaziona karibu katika ulimwengu wa sasa.

Kizazi cha Kwanza cha Nyota

Mbali na kuangalia galaxi za mbali zaidi tunazoweza kuzipata, wanaastronomia wanaangalia nyota za kale zaidi (ambazo tunaweza kuziita rekodi ya visukuku) za galaxi yetu wenyewe ili kuchunguza kile kilichotokea katika ulimwengu wa mwanzo. Kwa kuwa nyota ni chanzo cha karibu nuru zote zinazotolewa na galaxi, tunaweza kujifunza mengi kuhusu mageuzi ya galaxi kwa kusoma nyota ndani yake. Tunachopata ni kwamba karibu galaxi zote zina angalau baadhi ya nyota za zamani sana. Kwa mfano, Galaxy yetu ina makundi ya globular yenye nyota ambazo zina umri wa angalau miaka bilioni 13, na baadhi inaweza kuwa makubwa zaidi kuliko hiyo. Kwa hiyo, ikiwa tunahesabu umri wa Milky Way kama umri wa wapiga kura wake wa zamani zaidi, Milky Way lazima iwe amezaliwa angalau miaka bilioni 13 iliyopita.

Kama tutakavyojadili katika The Big Bang, wanaastronomia wamegundua kwamba ulimwengu unapanuka, na wamefuatilia upanuzi huo nyuma kwa wakati. Kwa njia hii, wamegundua kwamba ulimwengu wenyewe ni karibu miaka bilioni 13.8 tu. Hivyo, inaonekana kwamba angalau baadhi ya nyota za globular-nguzo katika Milky Way lazima zimeunda chini ya miaka bilioni baada ya upanuzi kuanza.

Uchunguzi mwingine kadhaa pia unaonyesha kuwa malezi ya nyota katika ulimwengu ulianza mapema sana. Wanaastronomia wametumia spectra kuamua muundo wa baadhi ya galaksi za duaradufu ambazo ziko mbali sana kiasi kwamba nuru tunayoyaona iliwaacha wakati ulimwengu ulikuwa nusu tu ya zamani kama ilivyo sasa. Hata hivyo ellipticals hizi zina nyota za zamani nyekundu, ambazo lazima zimeunda mabilioni ya miaka mapema bado.

Tunapofanya mifano ya kompyuta ya jinsi galaxi hizo zinavyobadilika kwa muda, zinatuambia kuwa malezi ya nyota katika galaxi ya duaradufu ilianza chini ya miaka bilioni au hivyo baada ya ulimwengu kuanza upanuzi wake, na nyota mpya ziliendelea kuunda kwa miaka bilioni chache. Lakini nyota malezi inaonekana kusimamishwa. Tunapolinganisha galaxi za elliptical mbali na zile zilizo karibu, tunaona kwamba ellipticals hazibadilika sana tangu ulimwengu ulifikia karibu nusu ya umri wake wa sasa. Tutaweza kurudi wazo hili baadaye katika sura.

Uchunguzi wa galaxi zenye mwanga zaidi hutupeleka hata zaidi kwa wakati. Hivi karibuni, kama tulivyosema, wanaastronomia wamegundua galaxi chache ambazo ziko mbali sana kwamba mwanga tunaoona sasa uliwaacha chini ya miaka bilioni au hivyo baada ya mwanzo (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hata hivyo spectra ya baadhi ya galaxi hizi tayari zina mistari ya elementi nzito, ikiwa ni pamoja na kaboni, silicon, alumini, na sulfuri. Elementi hizi hazikuwepo wakati ulimwengu ulianza lakini ulipaswa kutengenezwa ndani ya mambo ya ndani ya nyota. Hii inamaanisha kwamba wakati mwanga kutoka galaxi hizi ulipotolewa, kizazi chote cha nyota kilikuwa kimezaliwa, kimeishi maisha yao, na kufa—ikitoa vipengele vipya vilivyotengenezwa ndani yao kupitia mlipuko wa supanova-hata kabla ulimwengu haujawahi kuwa na umri wa miaka bilioni. Na haikuwa nyota chache tu katika kila galaksi zilizoanza hivi. Kutosha ilibidi kuishi na kufa ili kuathiri muundo wa jumla wa galaxy, kwa njia ambayo bado tunaweza kupima katika wigo kutoka mbali.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Galaxy ya mbali sana. Picha hii ilifanywa na Telescope ya Hubble Space na inaonyesha shamba karibu na galaxy lenye mwanga kwenye mabadiliko ya redshift z = 8.68, sawa na umbali wa miaka ya mwanga bilioni 13.2 wakati mwanga ulipotolewa (unaonyeshwa na mshale na umeonyeshwa kwenye kipengee cha juu). Vipimo vya muda mrefu katika wavelengths ya mbali na nyekundu na infrared viliunganishwa ili kufanya picha, na ziada ya infrared yatokanayo na darubini ya Spitzer Space, ambayo ina azimio la chini kuliko Hubble (chini ya inset), zinaonyesha mwanga wa nyota za kawaida. Galaksi iliyo mbali sana iligunduliwa kwa sababu ina mstari mkubwa wa chafu ya hidrojeni. Mstari huu huzalishwa katika mikoa ambako uundaji wa nyota za moto, vijana hufanyika.

Uchunguzi wa quasars (galaxies ambazo vituo vina shimo nyeusi kubwa) husaidia hitimisho hili. Tunaweza kupima wingi wa elementi nzito katika gesi karibu na mashimo nyeusi quasar (ilivyoelezwa katika Active Galaxies, Quasars, na Supermassive Black Holes). Utungaji wa gesi hii katika quasars iliyotoa nuru yao bilioni 12.5 miaka ya nuru iliyopita ni sawa na ile ya Jua. Hii inamaanisha kuwa sehemu kubwa ya gesi inayozunguka mashimo meusi lazima iwe tayari yamezungushwa kupitia nyota wakati wa miaka bilioni 1.3 ya kwanza baada ya upanuzi wa ulimwengu kuanza. Ikiwa tunaruhusu muda wa baiskeli hii, basi nyota zao za kwanza zinapaswa kuwa zimeundwa wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka milioni mia chache tu.

Ulimwengu unaobadilika wa galaxies

Nyuma katika miongo ya kati ya karne ya ishirini, uchunguzi kwamba galaxi zote zina baadhi ya nyota za zamani ziliongoza wanaastronomia kwa nadharia tete kwamba galaxi zilizaliwa kikamilifu karibu na wakati ambapo ulimwengu ulianza upanuzi wake. Nadharia hii ilikuwa sawa na kupendekeza kwamba binadamu walizaliwa kama watu wazima na hawakuwa na kupita katika hatua mbalimbali za maendeleo tangu ujana kupitia vijana. Ikiwa nadharia hii ingekuwa sahihi, galaxi za mbali zaidi zinapaswa kuwa na maumbo na ukubwa sana kama galaxi tunazoziona karibu. Kwa mujibu wa mtazamo huu wa zamani, galaksi, baada ya kuundwa, lazima zibadilike polepole tu, kama vizazi vilivyofuata vya nyota ndani yake viliumbwa, vimebadilika, na kufa. Kama jambo la interstellar lilikuwa likitumiwa polepole na nyota chache mpya zilianzishwa, galaxi zingekuwa hatua kwa hatua zitaongozwa na nyota zenye kuharibika, nyota za zamani na zinaonekana kuwa dimmer na zenye dimmer.

Shukrani kwa kizazi kipya cha darubini kubwa za ardhi na nafasi, sasa tunajua kwamba picha hii ya galaxi zinazoendelea kwa amani na kwa kutengwa na mtu mwingine ni sahihi kabisa. Kama tutakavyoona baadaye katika sura hii, galaxi katika ulimwengu wa mbali hazionekani kama Milky Way na galaxi za jirani kama vile Andromeda, na hadithi ya maendeleo yao ni ngumu zaidi na inahusisha mwingiliano zaidi na majirani zao.

Kwa nini wanaastronomia walikuwa na makosa? Hadi mwanzoni mwa miaka ya 1990, galaxi ya kawaida iliyo mbali zaidi ambayo ilikuwa imeonekana ilitoa mwanga wake miaka bilioni 8 iliyopita. Tangu wakati huo, wengi galaxies-na hasa ellipticals giant, ambayo ni zaidi luminous na hivyo rahisi kuona katika umbali kubwa-alifanya kufuka kwa amani na polepole. Lakini Hubble, Spitzer, Herschel, Keck, na darubini nyingine mpya zenye nguvu ambazo zimekuja kwenye mstari tangu miaka ya 1990 zinawezesha kupiga kizuizi cha miaka ya mwanga bilioni 8. Sasa tuna maoni ya kina ya maelfu ya galaxies kwamba lilio mwanga wao mapema (baadhi ya zaidi ya miaka bilioni 13 iliyopita-angalia Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Sehemu kubwa ya kazi ya hivi karibuni juu ya mageuzi ya galaxi imeendelea kwa kusoma maeneo machache madogo ya angani ambako Hubble, Spitzer, na darubini za ardhi zimechukua picha za muda mrefu sana. Hii iliruhusu wanaastronomia kuchunguza kukata tamaa sana, mbali sana, na hivyo galaxies ndogo sana (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Picha zetu za darubini za anga za kina zinaonyesha baadhi ya galaksi ambazo mara 100 zinashindwa zaidi kuliko vitu vikali ambavyo vinaweza kuzingatiwa spectroscopically na darubini kubwa za leo zilizopo duniani. Hii inageuka kuwa tunaweza kupata spectra zinazohitajika ili kuamua mabadiliko ya redshifts kwa asilimia tano tu angavu zaidi ya galaxi katika picha hizi.

takwimu\(\PageIndex{3}\): Hubble Ultra-Deep Field. Picha hii ni matokeo ya uchunguzi wa siku 11 na darubini ya Hubble Space ya kanda ndogo ya anga, iko kuelekea konstellation Fornax karibu na pole ya kusini ya mbinguni. Hii ni eneo ambalo lina nyota chache tu za Milky Way. (Kwa kuwa Hubble inazunguka Dunia kila baada ya dakika 96, darubini ilirudi kutazama kipande kimoja kidogo cha anga mara kwa mara hadi nuru ya kutosha ilikusanywa na kuongezwa pamoja ili kufanya mfiduo huu mrefu sana.) Kuna takriban vitu 10,000 katika picha hii moja, karibu yote ya galaxi, kila moja yenye mamia au mamia ya mabilioni ya nyota. Tunaweza kuona baadhi ya galaksi za ond zenye umbo la pinwheel, ambazo ni kama Milky Way. Lakini pia tunapata aina kubwa ya galaxi zenye umbo la pekee ambazo zinakabiliana na galaxi za rafiki. Galaksi za elliptical, ambazo zina nyota nyingi za zamani, zinaonekana kama blobs nyekundu.

Ingawa hatuna spectra kwa galaxi nyingi za kukata tamaa, Darubini ya Hubble Space inafaa hasa kwa kusoma maumbo yao kwa sababu picha zilizochukuliwa angani hazipatikani na angahewa ya Dunia. Kwa mshangao wa wanaastronomia, galaxi za mbali hazifanani na mpango wa uainishaji wa Hubble kabisa. Kumbuka kwamba Hubble iligundua kwamba karibu wote galaxies karibu inaweza kuwa classified katika makundi machache, kulingana na kama walikuwa ellipticals au spirals. Galaxies mbali kuzingatiwa na Hubble Space Telescope kuangalia tofauti sana na galaxies ya sasa ya siku, bila silaha zinazotambulika ond, disks, na bulges (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Pia huwa na magumu zaidi kuliko galaxi nyingi leo. Kwa maneno mengine, inabainisha kuwa maumbo ya galaxi yamebadilika kwa kiasi kikubwa baada ya muda. Kwa kweli, sasa tunajua kwamba mpango wa Hubble unafanya kazi vizuri kwa nusu ya mwisho ya umri wa ulimwengu. Kabla ya hapo, galaxi zilikuwa zenye machafuko zaidi.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Galaxies mapema. Picha hii ya Hubble Space Telescope inaonyesha nini pengine ni “galaxi zilizojengwa” katika ulimwengu wa mwanzo. Masanduku yaliyo kwenye picha hii ya rangi yanaonyesha upanuzi wa makundi 18 ya nyota ndogo kuliko galaxi kama tunavyozijua. Vitu hivi vyote vilionyesha mwanga wao kuhusu miaka bilioni 11 iliyopita. Kwa kawaida ni karibu miaka 2,000 ya mwanga kote, ambayo ni ndogo sana kuliko Milky Way, na kipenyo chake cha miaka ya mwanga 100,000. Vitu hivi 18 vinapatikana katika eneo la miaka ya nuru milioni 2 tu kote na vina karibu kwa pamoja kiasi kwamba pengine vitapigana na kuunganisha kujenga galaksi moja au zaidi ya kawaida.

Siyo tu maumbo ambayo ni tofauti. Takriban galaxi zote zilizo katika umbali mkubwa zaidi ya miaka ya nuru bilioni 11—yaani galaxi tunazoziona wakati zilikuwa chini ya umri wa miaka bilioni 3—ni rangi ya bluu mno, ikionyesha kuwa zina nyota nyingi na kwamba uundaji wa nyota ndani yake unatokea kwa kiwango cha juu zaidi kuliko galaxi zilizo karibu. Uchunguzi pia unaonyesha kwamba galaxi za mbali sana ni ndogo kwa wastani kuliko galaxi zilizo karibu. Kiasi galaxi chache zilizopo kabla ya ulimwengu ilikuwa karibu 8 miaka bilioni na raia kubwa kuliko\(10^11\)\(M_{\text{Sun}}\). Hiyo ni 1/20 wingi wa Milky Way kama sisi ni pamoja na jambo lake giza halo. Miaka bilioni kumi na moja iliyopita, kulikuwa na galaxi chache tu zilizo na raia mkubwa kuliko\(10^{10}\)\(M_{\text{Sun}}\). Tunachokiona badala yake inaonekana kuwa vipande vidogo au vipande vya vifaa vya galactic (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Tunapoangalia galaxi zilizotoa mwanga wao miaka 11 hadi 12 bilioni iliyopita, sasa tunaamini tunaona mbegu za galaxi za elliptical na za bulges kuu za spirals. Baada ya muda, galaxi hizi ndogo ziligongana na kuunganishwa ili kujenga galaxi kubwa za leo.

Kumbuka kwamba nyota zilizoundwa zaidi ya miaka bilioni 11 iliyopita zitakuwa nyota za zamani sana leo. Hakika tunapoangalia karibu (kwenye galaxi tunazoziona karibu na wakati wetu), tunaona nyota nyingi za zamani katika bulges za nyuklia za mionzi iliyo karibu na katika galaxi za duaradufu.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Moja ya mbali, Faintest, na ndogo Galaxies Milele Kuonekana. Masanduku madogo nyeupe, yaliyoandikwa a, b, na c, alama ya nafasi za picha tatu za galaxi moja. Picha hizi nyingi zilitengenezwa na nguzo kubwa ya galaxi inayojulikana kama Abell 2744, ambayo iko kati yetu na galaxi na hufanya kazi kama lens ya mvuto. Mishale katika insets wazi katika hatua ya kulia kwa galaxy. Kila picha iliyotukuzwa inafanya galaksi ionekane kama mara 10 kubwa na nyepesi kuliko itaonekana bila lenzi ya kuingilia kati. Galaksi hii ilitoa mwanga tunaouona leo wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka milioni 500 tu. Wakati mwanga ulipotolewa galaksi ilikuwa ndogo—miaka ya nuru 850 tu kote, au ndogo mara 500 kuliko Milky, na masi yake ilikuwa mara milioni 40 tu masi ya Jua. Uundaji wa nyota unaendelea katika galaxi hii, lakini inaonekana kuwa nyekundu katika picha hiyo kwa sababu ya mabadiliko makubwa ya redshift.

Nini uchunguzi huo unatuonyesha ni kwamba galaxi zimeongezeka kwa ukubwa kama ulimwengu ulivyozeeka. Sio tu galaxi zilikuwa ndogo miaka bilioni kadhaa iliyopita, lakini kulikuwa na mengi zaidi; galaxi zenye tajiri za gesi, hususani zile zenye mwanga mdogo, zilikuwa nyingi zaidi kuliko ilivyo leo.

Hizi ni baadhi ya uchunguzi wa msingi tunaweza kufanya wa galaxies binafsi (na mageuzi yao) kuangalia nyuma katika wakati cosmic. Sasa tunataka kurejea kwenye muktadha mkubwa. Ikiwa nyota zinajumuishwa katika galaxi, je, galaksi pia zinajumuishwa kwa namna fulani? Katika sehemu ya tatu ya sura hii, tutaweza kuchunguza miundo mikubwa inayojulikana katika ulimwengu.

Muhtasari

Tunapoangalia galaxi za mbali, tunaangalia nyuma kwa wakati. Sasa tumeona galaxi kama zilivyokuwa wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka milioni 500—ni asilimia tano tu ya zamani kama ilivyo sasa. Ulimwengu sasa una umri wa miaka bilioni 13.8. Rangi ya galaxi ni kiashiria cha umri wa nyota zinazoishi. Galaksi za bluu lazima ziwe na nyota nyingi za moto, kubwa, zenye vijana. Galaxi zilizo na nyota za zamani tu huwa nyekundu za manjano. Kizazi cha kwanza cha nyota kilianzishwa wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka milioni mia chache tu. Galaxi zilizoonekana wakati ulimwengu ulikuwa na umri wa miaka bilioni chache tu huwa ndogo kuliko galaxi za leo, kuwa na maumbo yasiyo ya kawaida, na kuwa na umbo la nyota haraka zaidi kuliko galaxi tunazoziona karibu katika ulimwengu wa leo. Hii inaonyesha kwamba vipande vidogo vya galaxi vilikusanyika katika galaxi kubwa tunazoziona leo.

faharasa

mageuzi (ya galaxi)

mabadiliko katika galaxi ya mtu binafsi juu ya muda wa cosmic, yaliyotokana na kuchunguza picha za galaxi nyingi tofauti kwa nyakati tofauti katika maisha yao