28.2: Kuunganishwa kwa Galaxy na Nuclei ya Galactic Active

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi galaxi zinavyokua kwa kuunganisha na galaxi nyingine na kwa kuteketeza galaxi ndogo (kwa chakula cha mchana)
• Eleza madhara ambayo mashimo makubwa ya nyeusi katika vituo vya galaxi nyingi yana juu ya hatima ya galaxi zao za jeshi

Mojawapo ya hitimisho wanaastronomia wamefikia kutokana na kusoma galaxi za mbali ni kwamba migongano na kuunganishwa kwa galaxi nzima huwa na jukumu muhimu katika kuamua jinsi galaxi zilivyopata maumbo na ukubwa tunayoyaona leo. Ni wachache tu wa galaxi zilizo karibu sasa zinahusika katika migongano, lakini tafiti za kina za hizo zinatuambia nini cha kuangalia wakati tunatafuta ushahidi wa kuunganishwa katika galaxi za mbali sana na zenye kukata tamaa. Hizi kwa upande hutupa dalili muhimu kuhusu njia tofauti za mageuko galaxi zilizochukua muda wa cosmic. Hebu tuchunguze kwa undani zaidi kile kinachotokea wakati galaxi mbili zinapogongana.

Kuunganishwa na Ula watu

Picha ya picha ya picha inaonyesha mtazamo wenye nguvu wa galaxi mbili zinazogongana. Nyota wenyewe katika jozi hizi za galaxi hazitaathiriwa sana na tukio hili la kikatili. (Angalia Astronomia Misingi kipengele sanduku Kwa nini Galaxies Collide lakini Stars Mara chache kufanya chini.) Kwa kuwa kuna nafasi nyingi kati ya nyota, mgongano wa moja kwa moja kati ya nyota mbili hauwezekani sana. Hata hivyo, njia za nyota nyingi zitabadilishwa kadiri galaxi mbili zinapitana, na mabadiliko katika mizunguko yanaweza kubadilisha kabisa muonekano wa galaxi zinazoingiliana. Nyumba ya sanaa ya galaxies ya kuvutia ya kugongana inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Pete kubwa, tendrils kubwa ya nyota na gesi, na miundo mingine tata inaweza kuunda katika migongano kama ya cosmic. Hakika, maumbo haya ya ajabu ni ishara ambazo wanaastronomia hutumia kutambua galaksi zinazogongana.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Nyumba ya sanaa ya kuingiliana Galaxies. (a na b) M82 (galaxy ndogo juu) na M83 (ond) huonekana (a) katika picha nyeusi-na-nyeupe inayoonekana mwanga na (b) katika mawimbi ya redio yaliyotolewa na gesi baridi ya hidrojeni. Picha ya hidrojeni inaonyesha kwamba galaxi hizo mbili zimefungwa katika sanda la kawaida la gesi ambalo linavutwa na kunyoosha na mvuto wa galaxi hizo mbili. (c) Mtazamo huu wa karibu na Telescope ya Hubble Space unaonyesha baadhi ya madhara ya mwingiliano huu kwenye galaxy M82, ikiwa ni pamoja na gesi ya kusambaza nje (tendrils nyekundu) inayoendeshwa na milipuko ya supernovae ya nyota kubwa iliyoundwa katika umbo la nyota lililokuwa ni matokeo ya mgongano huo. (d) Galaxy UGC 10214 (“Tadpole”) ni galaksi ya ond iliyozuiliwa miaka ya nuru milioni 420 kutoka Milky Way ambayo imesumbuliwa na kifungu cha galaxi ndogo. Mvuto wa msemaji huyo aliondoa mkia mrefu wa mawimbi, ambao una urefu wa miaka ya nuru 280,000, na kusababisha kupasuka kwa umbo la nyota kuonekana kama clumps za buluu kwenye mkia. (e) Galaxies NGC 4676 A na B ni jina la utani “Panya.” Katika picha hii ya Hubble Space Telescope, unaweza kuona mikia ndefu, nyembamba ya nyota iliyovutwa mbali na galaxi kwa mwingiliano wa mionzi miwili. (e) Arp 148 ni jozi ya galaxi zinazopatikana katika kitendo cha kuungana na kuwa galaxi moja mpya. Wawili hao wanaonekana kuwa tayari wamepitia kila mmoja mara moja, na kusababisha mshtuko wa mshtuko ambao ulibadilisha moja kuwa pete ya bluu yenye rangi ya bluu ya malezi ya nyota, kama vile mawimbi kutoka jiwe lililopigwa ndani ya bwawa.

kwa nini galaxi zinagongana lakini nyota hazipatikani

Katika kitabu hiki tumesisitiza umbali mkubwa kati ya vitu katika nafasi. Kwa hiyo unaweza kuwa mshangao kusikia kuhusu migongano kati ya galaxi. Hata hivyo (isipokuwa kwenye viini vya galaxi) hatujajali kabisa kuhusu nyota ndani ya galaxi zinazogongana. Hebu tuone kwa nini kuna tofauti.

Sababu ni kwamba nyota ni ndogo kwa kusikitisha ikilinganishwa na umbali kati yao. Hebu tutumie Jua letu kama mfano. Jua lina upana wa kilomita milioni 1.4, lakini limetenganishwa na nyota nyingine iliyo karibu zaidi kwa takriban miaka 4 ya nuru, au takriban kilomita trilioni 38. Kwa maneno mengine, Jua ni milioni 27 ya kipenyo chake kutoka jirani yake ya karibu. Ikiwa Jua lilikuwa ni mazabibu huko New York City, nyota ya karibu ingekuwa mazabibu mengine huko San Francisco. Hii ni mfano wa nyota ambazo hazipo katika bulge ya nyuklia ya galaxi au ndani ya kundinyota za nyota. Hebu tufananishe hili na kujitenga kwa galaxi.

Disk inayoonekana ya Milky Way ni karibu miaka 100,000 ya mwanga. Tuna galaxi tatu za satellite ambazo ni kipenyo kimoja au mbili tu cha Milky Way mbali na sisi (na pengine siku moja hugongana nasi). Mzunguko mkubwa wa karibu zaidi ni Galaxy ya Andromeda (M31), karibu miaka milioni 2.4 ya mwanga. Ikiwa Milky Way walikuwa pancake kwenye mwisho mmoja wa meza kubwa ya kifungua kinywa, M31 itakuwa pancake nyingine kwenye mwisho mwingine wa meza moja. Jirani yetu kubwa ya karibu ya galaxy ni 24 tu ya kipenyo cha Galaxy yetu kutoka kwetu, na itaanza kuanguka katika Milky Way katika takriban miaka bilioni 4.5.

Galaxi katika makundi matajiri ni karibu zaidi kuliko yale yaliyo katika jirani yetu (tazama Ugawaji wa Galaxi katika Nafasi). Hivyo, nafasi za kugongana kwa galaxi ni kubwa zaidi kuliko nafasi za nyota katika diski ya galaxi ikigongana. Na tunapaswa kutambua kwamba tofauti kati ya kujitenga kwa galaksi na nyota pia inamaanisha kwamba wakati galaksi zinapogongana, nyota zao karibu kila mara hupita sawa na kila mmoja kama moshi unaopitia mlango wa skrini.

Maelezo ya migongano ya galaxy ni ngumu, na mchakato unaweza kuchukua mamia ya mamilioni ya miaka. Hivyo, migongano ni bora simulated kwenye kompyuta (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), ambapo wanaastronomia wanaweza mahesabu mwingiliano polepole ya nyota, na mawingu ya gesi na vumbi, kupitia mvuto. Mahesabu haya yanaonyesha kwamba ikiwa mgongano unapungua polepole, galaxi zinazogongana zinaweza kuungana ili kuunda galaxi moja.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kompyuta Simulation ya mgongano Galaxy. Masimulizi haya ya kompyuta huanza na galaxi mbili za ond zinazounganisha na kuishia na galaxi moja ya duaradufu. Rangi zinaonyesha rangi ya nyota katika mfumo; angalia kupasuka kwa rangi ya buluu kama umbo la nyota kubwa linalosababishwa na mwingiliano. Muda wa kuanzia mwanzo hadi mwisho katika mlolongo huu ni karibu miaka bilioni.

Wakati galaxi mbili za ukubwa sawa zinahusika katika mgongano, tunaita mwingiliano huo muungano (neno linalotumika katika ulimwengu wa biashara kwa makampuni mawili sawa ambayo hujiunga na nguvu). Lakini galaxies ndogo pia inaweza kumeza na ndio kubwa-mchakato wa astronomers wameita, pamoja na baadhi ya kitoweo, galactic cannibalism (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Tarakilishi za kisasa za kibinafsi zina nguvu zaidi ya kutosha kukokotoa kinachotokea wakati galaksi zinapogongana. Hapa ni tovuti na programu ya Java ambayo itawawezesha kujaribu mkono wako mwenyewe katika kufuta galaxi mbili za ond pamoja kutoka faraja ya nyumba yako mwenyewe au chumba cha kulala. Kwa kubadilisha udhibiti chache wa msingi kama vile raia wa jamaa, kujitenga kwao, na mwelekeo wa kila disk ya galaxy, unaweza kuunda matokeo mbalimbali ya kuunganishwa. (Unaweza pia kupakua programu sawa kwa iPhone yako au iPad.)

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Uharibifu wa Galactic. (a) Picha hii ya Hubble inaonyesha silhouette ya mawingu ya giza ya vumbi dhidi ya kiini inang'aa ya galaxy ya elliptical NGC 1316. Galaksi za elliptical kawaida zina vumbi kidogo sana. Mawingu haya pengine ni mabaki ya galaxi ndogo rafiki ambayo ilikuwa cannibalized (kuliwa) na NGC 1316 takriban miaka milioni 100 iliyopita. (b) Galaksi iliyovunjika sana NGC 6240, iliyoonyeshwa na Hubble Space Telescope (picha ya asili) na darubini ya X-ray ya Chandra (insets zote mbili) inaonekana ni matokeo ya muungano kati ya galaksi mbili za gesi zenye tajiri. Picha za X-ray zinaonyesha kuwa hakuna nuclei moja lakini mbili, zote mbili zinawaka sana katika X-rays na kutenganishwa na miaka 4000 ya mwanga tu. Hizi ni uwezekano wa maeneo ya mashimo mawili yenye rangi nyeusi ambayo yalikaa vipande vya galaxi mbili kabla ya kuungana; hapa wanashiriki katika aina ya “ond ya kifo,” ambamo mashimo mawili meusi yenyewe yataungana na kuwa moja.

Galaksi kubwa sana ya elliptical tuliyojadiliwa katika Galaxi pengine huunda kwa kufuta galaxi mbalimbali ndogo katika makundi yao. Galaksi hizi za “monster” mara nyingi zina zaidi ya kiini kimoja na pengine zimepata luminosities yao isiyo ya kawaida kwa kumeza galaxi zilizo karibu. Nuclei nyingi ni mabaki ya waathirika wao (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Wengi wa galaxi kubwa, za pekee tunazozingatia pia zinadaiwa maumbo yao ya machafuko kwa mwingiliano uliopita. Migongano ya polepole na muunganiko unaweza hata kubadilisha galaxi mbili au zaidi za ond kuwa galaxi moja ya elliptical.

Mabadiliko ya umbo sio yote yanayotokea wakati galaksi zinapogongana. Ikiwa galaxi ina jambo la kati ya nyota, mgongano unaweza kubana gesi na kusababisha ongezeko la kiwango ambacho nyota zinaundwa—kwa kiasi kikubwa kama kipengele cha 100. Wanaastronomia huita ongezeko hili la ghafla la idadi ya nyota zinazoundwa na nyota, na galaxi ambazo ongezeko hutokea huitwa galaxi za nyota (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Katika baadhi ya galaxi zinazoingiliana, malezi ya nyota ni makali kiasi kwamba gesi yote inapatikana imechoka katika miaka milioni chache tu; kupasuka kwa umbo la nyota ni dhahiri jambo la muda mfupi tu. Wakati starburst inaendelea, hata hivyo, galaksi ambako inafanyika inakuwa nyepesi sana na rahisi sana kuchunguza kwa umbali mkubwa.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Starburst Associated na kugongana Galaxies. (a) Galaksi tatu katika kundi dogo linalojulikana kama Quintet ya Stephan zinaingiliana gravitationally na kila mmoja (galaksi upande wa juu kushoto ni kweli karibu sana kuliko nyingine tatu na si sehemu ya mwingiliano huu), na kusababisha maumbo yaliyopotoka yanaonekana hapa. Mifuko mirefu ya nyota changa, kubwa za buluu na mamia ya maeneo ya kuunda nyota inang'aa katika nuru nyekundu ya gesi ya hidrojeni yenye msisimko pia ni matokeo ya mwingiliano huo. Miaka ya kundinyota za nyota huanzia umri wa miaka milioni 2 hadi bilioni 1, ikionyesha kuwa kumekuwa na migongano mbalimbali ndani ya kundi hili la galaxi, kila moja ikisababisha kupasuka kwa umbo la nyota. Wanachama watatu wanaoingiliana wa Quintet ya Stephan wako umbali wa miaka ya nuru milioni 270. (b) Galaksi nyingi zinaunda nyota mpya kwa kiwango cha polepole, lakini wanachama wa daraja la nadra linalojulikana kama galaxi za nyota zinawaka na kuundwa kwa nyota zenye nguvu sana. Galaksi II Zw 096 ni galaksi mojawapo ya nyota za nyota, na picha hii iliyochanganywa kwa kutumia data zote mbili za Hubble na Spitzer Space Telescope inaonyesha kuwa inaunda makundi angavu ya nyota mpya kwa kiwango kikubwa. Rangi za buluu zinaonyesha galaxi zinazounganisha katika nuru inayoonekana, huku rangi nyekundu zinaonyesha mionzi ya infrared kutoka eneo la vumbi ambako uundaji wa nyota unatokea. Galaksi hii iko umbali wa miaka ya nuru milioni 500 na ina kipenyo cha takriban miaka ya nuru 50,000, takriban nusu ya ukubwa wa Milky Way.

Wakati wanaastronomia hatimaye walikuwa na zana za kuchunguza idadi kubwa ya galaxi zilizotoa mwanga wao miaka 11 hadi 12 bilioni iliyopita, waligundua kwamba galaksi hizi ndogo sana mara nyingi zinafanana na galaksi za nyota zilizo karibu ambazo zinahusika katika muunganiko: pia zina viini vingi na maumbo ya pekee, ni Kwa kawaida galaxi za kawaida za leo, zenye mafundo mengi makali na uvimbe wa mwanga wa nyota angavu, na zina viwango vya juu vya uundaji wa nyota kuliko galaxi zilizotengwa. Pia zina nyota nyingi za buluu, vijana, aina O na B, kama vile galaxi zinazounganisha jirani.

Kuunganishwa kwa Galaxy katika ulimwengu wa leo ni nadra. Takriban asilimia tano tu ya galaxi zilizo karibu sasa zinahusika katika mwingiliano. Mwingiliano walikuwa zaidi ya kawaida mabilioni ya miaka iliyopita (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)) na kusaidiwa kujenga “kukomaa zaidi” galaxies tunaona katika wakati wetu. Kwa wazi, mwingiliano wa galaxi umekuwa na jukumu muhimu katika mageuzi yao.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Migongano ya Galaxies katika nguzo ya mbali. Picha kubwa upande wa kushoto inaonyesha picha ya Hubble Space Telescope ya nguzo ya galaxi katika umbali wa miaka ya nuru bilioni 8. Miongoni mwa galaxi 81 katika nguzo ambazo zimechunguzwa kwa undani, 13 ni matokeo ya migongano ya hivi karibuni ya jozi za galaxi. Picha nane ndogo upande wa kulia ni karibu na baadhi ya galaksi zinazogongana. Mchakato wa kuunganisha kawaida huchukua miaka bilioni au hivyo.

Nuclei ya Galactic yenye nguvu na Mageuzi ya Galaxy

Wakati muunganiko wa galaxi ni kubwa, matukio ya splashy ambayo hubadilisha kabisa galaxi nzima kwa mizani ya mamia ya maelfu ya miaka ya mwanga na inaweza kusababisha kupasuka kwa nyota, kuongezeka kwa mashimo meusi ndani ya galaxi pia kunaweza kuvuruga na kubadilisha mageuzi ya galaxi zao za jeshi. Ulijifunza katika galaxies Active, Quasars, na Supermassive Black Holes kuhusu familia ya vitu vinavyojulikana kama viini vya galactic hai (AGN), vyote vinavyotumiwa na mashimo nyeusi ya supermassive. Kama shimo nyeusi ni kuzungukwa na gesi ya kutosha, baadhi ya gesi inaweza kuanguka katika shimo nyeusi, kupata swept up juu ya njia katika disk accretion, kompakt, swirling maelstrom labda tu 100 AU kote (ukubwa wa mfumo wetu wa jua).

Ndani ya diski gesi inapokanzwa hadi iangaze sana hata kwenye eksirei, mara nyingi ikitangaza galaxi iliyobaki yenye mabilioni ya nyota. Supermassive mashimo nyeusi na disks zao accretion inaweza kuwa maeneo ya vurugu na nguvu, na baadhi ya vifaa kupata sucked ndani ya shimo nyeusi lakini hata zaidi kupata risasi nje pamoja jets kubwa perpendicular disk. Jets hizi zenye nguvu zinaweza kupanua mbali nje ya makali ya nyota ya galaxi.

AGN yalikuwa ya kawaida zaidi katika ulimwengu wa mwanzo, kwa sehemu kwa sababu muunganiko wa mara kwa mara ulitoa usambazaji wa gesi safi kwa disks za accretion za shimo nyeusi. Mifano ya AGN katika ulimwengu wa karibu leo ni pamoja na moja katika Galaxy M87 (angalia Kielelezo\(\PageIndex{1}\), ambayo michezo ndege ya vifaa risasi kutoka kiini chake kwa kasi karibu na kasi ya mwanga, na moja katika mkali Galaxy NGC 5128, pia inajulikana kama Centaurus A (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Composite View ya Galaxy Centaurus A. picha hii artificially rangi ilitolewa kwa kutumia data kutoka darubini tatu tofauti: mionzi submillimeter na wavelength ya microns 870 ni inavyoonekana katika machungwa; X-rays ni kuonekana katika bluu; na mwanga unaoonekana kutoka nyota unaonyeshwa katika rangi yake ya asili. Centaurus A ina kiini chenye nguvu ya galaksi ambacho kinawasha ndege mbili, zinazoonekana katika rangi ya bluu na machungwa, zinafikia katika pande tofauti mbali mbali na diski ya nyota ya galaxi, na kupandisha maskio mawili makubwa, au mawingu, ya gesi yenye moto inayotokana na X-ray. Centaurus iko umbali wa miaka ya nuru milioni 13, na kuifanya kuwa mojawapo ya galaxi za karibu sana tunazozijua.

Chembe nyingi za kasi huhamia na jets katika galaxi hizo. Njiani, chembe katika jets zinaweza kulima ndani ya mawingu ya gesi katikati ya interstellar, kuzivunja mbali na kuwatawanya. Kwa kuwa mawingu mazito ya gesi na vumbi yanahitajika ili nyenzo ziunganike pamoja ili kutengeneza nyota, kuvuruga kwa mawingu kunaweza kuzuia uundaji wa nyota kwenye galaxi ya jeshi au kuikata kabla ya kuanza.

Kwa njia hii, quasars na aina nyingine za AGN zinaweza kuwa na jukumu muhimu katika mageuzi ya galaxi zao. Kwa mfano, kuna ushahidi unaoongezeka kuwa muungano wa galaxi mbili zenye gesi sio tu inazalisha kupasuka kwa nyota kubwa, lakini pia husababisha shughuli za AGN katika msingi wa galaxi mpya. Shughuli hiyo, kwa upande wake, inaweza kupunguza kasi au kuzima kupasuka kwa malezi ya nyota-ambayo inaweza kuwa na athari kubwa kwa sura inayoonekana, mwangaza, maudhui ya kemikali, na vipengele vya stellar ya galaxy nzima. Wanaastronomia wanataja mchakato huo kama maoni ya AGN, na inaonekana ni jambo muhimu katika mageuzi ya galaxi nyingi.

Muhtasari

Wakati galaxi za ukubwa wa kulinganishwa zinapogongana na kuunganisha tunaiita muungano, lakini wakati galaxi ndogo imemeza na kubwa zaidi, tunatumia neno cannibalism ya galactic. Migongano ina jukumu muhimu katika mageuzi ya galaxi. Ikiwa mgongano unahusisha angalau galaxy moja yenye matajiri katika suala la interstellar, ukandamizaji unaosababishwa wa gesi utasababisha kupasuka kwa nyota, na kusababisha galaxy ya nyota. Kuunganishwa kulikuwa na kawaida zaidi wakati ulimwengu ulikuwa mdogo, na galaxi nyingi za mbali ambazo tunaziona ni galaxi za nyota ambazo zinahusika katika migongano. Nuclei ya galactic inayoendeshwa na mashimo nyeusi yenye nguvu katika vituo vya galaxi nyingi vinaweza kuwa na madhara makubwa kwenye galaxi ya jeshi, ikiwa ni pamoja na kufunga malezi ya nyota.

faharasa

cannibalism ya galactic

mchakato ambao galaxy kubwa hupiga vifaa kutoka au kabisa hupiga ndogo

unganisha

mgongano kati ya galaxies (ya ukubwa takribani kulinganishwa) kwamba kuchanganya na kuunda muundo mmoja mpya

kupasuka kwa nyota

galaxi au muungano wa galaxi nyingi zinazobadilisha gesi kuwa nyota kwa kasi zaidi kuliko kawaida