Згідно з найбільш поширеними космологічними моделями, перші галактики почали формуватися між 13 і 14 мільярдами років тому. Протягом наступного мільярда років виникли космічні структури, які ми всі знали. Сюди входять такі речі, як скупчення галактик, надскупчення та нитки, а також галактичні особливості, такі як кулясті скупчення, галактичні балджі та Надмасивні чорні діри (SMBHs).
Однак, як і живі організми, галактики з тих пір продовжують розвиватися. Фактично, протягом свого життя галактики весь час наростають і викидають масу. В недавнє дослідження , міжнародна команда астрономів розрахувала швидкість припливу та відтоку матеріалу для Чумацького Шляху. Тоді хороші люди в астробіти дав йому хорошу розбивку і показав, наскільки він має відношення до нашого розуміння формування та еволюції галактики.
Дослідження проводив астроном ЄКА доктор Ендрю Дж. Фокс і включало членів з Науковий інститут космічного телескопа (STScI) Група досліджень гало Чумацького Шляху , а також кілька університетів. На основі попередніх досліджень вони вивчили швидкість, з якою газ надходить у Чумацький Шлях і виходить із нього з навколишніх високошвидкісних хмар (HVC).
Ця ілюстрація показує безладну, хаотичну галактику, яка переживає спалахи зореутворення. Авторство зображення: ESA, NASA, L. Calçada
Оскільки доступність матеріалу є ключем до утворення зірок у галактиці, знання швидкості, з якою він додається і втрачається, важливо для розуміння того, як галактики еволюціонують з часом. І як Майкл Фолі з астробітів підсумовано , характеризуючи швидкість, з якою матеріал додається до галактик, є вирішальним для розуміння деталей цього « галактичний фонтан ” модель.
Відповідно до цієї моделі, найбільш масивні зірки в галактиці створюють зоряні вітри, які виганяють матеріал з диска галактики. Коли вони стають надновими ближче до кінця свого життя, вони так само виганяють більшу частину свого матеріалу. Потім цей матеріал з часом потрапляє назад у диск, забезпечуючи матеріал для формування нових зірок.
«Ці процеси спільно відомі як «зоряний зворотний зв’язок», і вони відповідають за виштовхування газу з Чумацького Шляху», — сказав Фолі. «Іншими словами, Чумацький Шлях не є ізольованим матеріальним озером; це резервуар, який постійно набирає та втрачає газ через гравітацію та зоряний зворотний зв’язок».
Крім того, останні дослідження показали, що утворення зір може бути тісно пов'язані до розміру Надмасивна чорна діра (SMBH) в ядрі галактики. По суті, SMBH виділяють величезну кількість енергії, яка може нагрівати газ і пил, що оточують ядро, що не дає йому ефективно згущуватися і зазнавати гравітаційного колапсу з утворенням нових зірок.
Погляд художника на Чумацький Шлях із розташуванням Сонця та області зіркотворення на протилежній стороні в спіральному рукаві Скутум-Центавр. Авторство та ©: Білл Сакстон, NRAO/AUI/NSF; Роберт Херт, НАСА.
Таким чином, швидкість потоку матеріалу в галактику та з неї є ключовою для визначення швидкості утворення зірок. Щоб розрахувати швидкість, з якою це відбувається для Чумацького Шляху, доктор Фокс та його колеги звернулися до даних із кількох джерел. Як сказав доктор Фокс Universe Today електронною поштою:
«Ми замінували архів. NASA і ESA зберігають добре підібрані архіви всіх даних космічного телескопа Хаббл, і ми переглянули всі спостереження фонових квазарів, зроблені за допомогою спектрографа Cosmic Origins Spectrograph (COS), чутливого спектрографа Хаббла, який можна використовувати для аналізу ультрафіолетового світла від віддалені джерела. Ми знайшли 270 таких квазарів. По-перше, ми використали ці спостереження, щоб створити каталог швидкоплинних газових хмар, відомих як хмари високої швидкості (HVC). Потім ми розробили метод для поділу HVC на припливні та вихідні популяції, використовуючи доплерівський зсув».
Крім того, нещодавнє дослідження показало, що Чумацький Шлях відчував а період спокою приблизно 7 мільярдів років тому, що тривало близько 2 мільярдів років. Це було наслідком ударних хвиль, які викликали нагрівання міжзоряних газових хмар, що тимчасово призвело до припинення надходження холодного газу в нашу галактику. З часом газ охолонув і знову почав надходити всередину, викликаючи другий раунд утворення зір.
Переглянувши всі дані, Фокс та його колеги змогли встановити обмеження на швидкість припливу та відтоку для цієї нашої галактики:
«Після порівняння швидкостей припливу та витікання газу ми виявили надлишок припливу, що є хорошою новиною для майбутнього утворення зірок у нашій Галактиці, оскільки є багато газу, який можна перетворити на зірки та планети. Ми виміряли близько 0,5 сонячної маси за рік припливу і 0,16 сонячної маси за рік відтоку, тож є чистий приплив».
Враження художника від «бульбашок Фермі» навколо Чумацького Шляху. Авторство: Центр космічних польотів імені Годдарда NASA
Однак, як вказав Фолі, вважається, що HVC живуть лише приблизно 100 мільйонів років. У результаті не можна очікувати, що цей чистий приплив триватиме нескінченно довго. «Нарешті, вони ігнорують HVC, які, як відомо, знаходяться в структурах (таких як бульбашки Фермі), які не відстежують газ, що входить або витікає», — додає він.
З 2010 року астрономи знали про таємничі структури, що з’являються з центру нашої галактики, відомі як Бульбашки Фермі . Ці бульбашкові структури простягаються на тисячі світлових років і вважаються результатом споживання міжзоряного газу SMBH і відрижки гамма-променів.
Однак, тим часом, результати дають нове уявлення про те, як утворюються та еволюціонують галактики. Це також підтримує новий випадок, розроблений для «наростання холодного потоку», теорію, спочатку запропоновану проф. Авішай Декель та колеги з Єврейський університет у Єрусалимі, Інститут фізики Рака пояснити, як галактики накопичують газ з навколишнього простору під час свого формування.
«Ці результати показують, що такі галактики, як Чумацький Шлях, не розвиваються в стаціонарному стані», — резюмував доктор Фокс. «Натомість вони епізодично наростають і втрачають газ. Це цикл підйому і спаду: коли газ надходить, може утворитися більше зірок, але якщо надходить занадто багато газу, це може викликати такий інтенсивний зірковий спалах, що здуває весь газ, що залишився, припиняючи утворення зірок. Таким чином, баланс між припливом і відтоком регулює те, скільки відбувається утворення зір. Наші нові результати допомагають висвітлити цей процес».
Враження художника про міжзоряний об’єкт Оумуамуа, який виділяється з нашої Сонячної системи. Авторство зображення: ESA/Hubble/NASA/ESO, М. Корнмессер
Іншим цікавим висновком з цього дослідження є той факт, що те, що стосується нашого Чумацького Шляху, також стосується і зоряних систем. Наприклад, наша Сонячна система також піддається припливу та відтоку матеріалу з часом. Об'єкти, як 'Спочатку і більш пізні 2І / Борисов підтверджують, що астероїди та комети виганяються із зоряних систем і регулярно забираються іншими.
Але як бути з газом і пилом? Наша Сонячна система і (загалом) планета Земля з часом втрачають чи набирають вагу? І що це може означати для майбутнього нашої системи та рідної планети? Наприклад, астрофізик і письменник Браян Коберлейн розглянув останнє питання у 2015 році на своєму веб-сайті. Використовуючи на той час нещодавні Метеорний дощ Близнюки як приклад він написав:
«Насправді, згідно з супутниковими спостереженнями метеорних слідів, приблизно 100-300 метричних тонн (тонн) матеріалу щодня потрапляє на Землю. Це становить приблизно 30 000-100 000 тонн на рік. Це може здатися чимало, але за мільйон років це становитиме лише одну мільярдну частину відсотка загальної маси Землі».
Однак, як він пояснює далі, Земля також регулярно втрачає масу через низку процесів. До них відноситься радіоактивний розпад матеріалу в земній корі, який призводить до того, що енергія і субатомні частинки (альфа, бета і гамма-промені) залишають нашу планету. По-друге, це втрати в атмосфері, коли такі гази, як водень і гелій, будуть втрачені в космос. Разом вони складають втрати близько 110 000 тонн на рік.
Дані, зібрані в 1994-2013 роках, про невеликі астероїди, які впливають на атмосферу Землі і розпадаються, утворюючи дуже яскраві метеори, які називаються «болідами». Авторство: NASA
На перший погляд це здавалося б чистими втратами близько 10 000 або більше тонн на рік. Більше того, мікробіолог/науковий комунікатор доктор Кріс Сміт і фізик з Кембриджа Дейв Анселл оцінено в 2012 році що Земля отримує 40 000 тонн пилу на рік з космосу, тоді як вона втрачає 90 000 на рік через атмосферні та інші процеси.
Таким чином, можливо, що Земля стає легшою зі швидкістю від 10 000 до 50 000 тонн на рік. Однак швидкість додавання матеріалу на даний момент недостатньо обмежена, тому цілком можливо, що ми можемо вийти на беззбитковість (хоча ймовірність того, що Земля набирає масу здається малоймовірною). Що стосується нашої Сонячної системи, то ситуація схожа. З одного боку, міжзоряний газ і пил постійно надходять.
З іншого боку, наше Сонце, на яке припадає 99,86% маси Сонячної системи, також з часом втрачає масу. Використовуючи дані, зібрані НАСА МЕСЕНДЖЕР зонд, команда з Дослідники NASA і MIT зробив висновок, що Сонце втрачає масу через сонячний вітер і внутрішні процеси. Згідно з Запитайте астронома , це відбувається зі швидкістю 1,3245 x 10п'ятнадцятьтонн на рік, навіть якщо Сонце розширюється одночасно.
Це приголомшлива цифра, але оскільки Сонце має масу приблизно 1,9885×1027тонн. Тож Сонце не скоро згасне. Але коли він втрачає масу, його гравітаційний вплив на Землю та інші планети зменшується. Однак до того часу наш Сонце досягає кінця своєї головної послідовності , він значно розшириться і цілком може повністю поглинути Меркурій, Венеру, Землю і навіть Марс.
Отже, хоча наша галактика може набирати масу в осяжному майбутньому, схоже, що наше Сонце і сама Земля повільно втрачають масу. Це не слід розглядати як погану новину, але це має наслідки в довгостроковій перспективі. У той же час обнадійливо знати, що навіть найстаріші та найбільш масивні об’єкти у Всесвіті піддаються змінам, як живі істоти.
Незалежно від того, чи говоримо ми про планети, зірки чи галактики, вони народжуються, живуть і вмирають. А між ними можна довірити надіти або скинути кілька кілограмів. Коло життя, розігране в космічних масштабах!
