På en klar natt kan du ta fram bandet om Vintergatan på natthimlen. I årtusenden såg astronomer på det med vördnad, och kom långsamt till insikten att vår sol bara var en av miljarder stjärnor i galaxen. Med tiden, när våra instrument och metoder förbättrades, kom vi till att mjölkvägen själv bara var en av miljarder galaxer som utgör universum.
Tack vare upptäckten av relativitet och ljusets hastighet har vi också förstått att när vi tittar genom rymden, vi också ser tillbaka i tiden. Genom att se ett objekt 1 miljard ljusår bort ser vi också hur objektet såg ut för 1 miljard år sedan. Denna "tidsmaskin" -effekt har gjort det möjligt för astronomer att studera hur galaxer blev (dvs galaktisk utveckling).
Processen där galaxer bildas och utvecklas kännetecknas av jämn tillväxt över tid, som började strax efter Big Bang. Denna process, och galaxernas slutliga öde, förblir föremål för intensiv fascination och är fortfarande full av sin del av mysterier.
Galaxy Formation:
Det nuvarande vetenskapliga samförståndet är att all materia i universum skapades för ungefär 13,8 miljarder år sedan under en händelse känd som Big Bang. Vid denna tidpunkt komprimerade all materia till en mycket liten boll med oändlig täthet och intensiv värme som kallas en Singularity. Plötsligt började Singulariteten utvidgas, och universumet som vi känner till det började.
Efter snabbt expanderande och kylande var all materia nästan enhetlig i distribution. Under de flera miljarder åren som följde började de något tätare regionerna i universum att lockas till varandra. De blev därför ännu tätare och bildade gasmoln och stora klumpar av materia.
Dessa klumpar blev ursprungliga galaxer, eftersom molnen av vätgas i proto-galaxerna genomgick gravitationskollaps för att bli de första stjärnorna. Några av dessa tidiga föremål var små och blev små dvärggalaxier, medan andra var mycket större och blev de bekanta spiralformerna, som vår egen mjölkväg.
Galaktiska sammanslagningar:
När de hade bildats utvecklades dessa galaxer tillsammans i större galaktiska strukturer kallade grupper, kluster och superkluster. Med tiden lockades galaxer till varandra av sin tyngdkraft och kolliderade tillsammans i en serie sammanslagningar. Resultatet av dessa sammanslagningar beror på massan av galaxerna i kollisionen.
Små galaxer slits isär av större galaxer och läggs till massan av större galaxer. Vårt egen mjölkväg förtärde nyligen några dvärggalaxier och förvandlade dem till stjärnor av stjärnor som kretsar kring den galaktiska kärnan. Men när stora galaxer av liknande storlek samlas, blir de jätte elliptiska galaxer.
När detta händer förloras den känsliga spiralstrukturen och de sammanslagna galaxerna blir stora och elliptiska. Elliptiska galaxer är några av de största galaxerna som någonsin har observerats. En annan konsekvens av dessa sammanslagningar är att de supermassiva svarta hålen (SMBH) i deras centra blir ännu större.
Inte alla sammanslagningar kommer att resultera i elliptiska galaxer, tänk på dig. Men alla sammanslagningar resulterar i en förändring i strukturen för de sammanslagna galaxerna. Till exempel tros det att Vintergatan upplever en mindre fusionshändelse med de närliggande magellanska molnen; och under de senaste åren har det fastställts att Canis Major dvärggalaxis har gått samman med vår egen.
Medan sammanslagningar ses som våldsamma händelser, förväntas inte faktiska kollisioner ske mellan stjärnsystem, med tanke på de stora avstånden mellan stjärnor. Men sammanslagningar kan resultera i gravitationschockvågor, som kan utlösa bildandet av nya stjärnor. Det här är vad som förutspås hända när vår egen Vintergalax sammanfogas med Andromeda-galaxen på cirka 4 miljarder år.
Galaktisk död:
I slutändan upphör galaxer med att bilda stjärnor när de tappar ut tillförseln av kall gas och damm. När utbudet tar slut saknar stjärnbildningen under miljarder år tills den upphör helt. Pågående sammanslagningar kommer emellertid att säkerställa att färska stjärnor, gas och damm deponeras i äldre galaxer och därmed förlänga deras liv.
För närvarande tros det att vår galax har använt det mesta av sitt väte, och stjärnbildningen kommer att sakta tills tillgången är tappad. Stjärnor som vår sol kan bara pågå i 10 miljarder år eller så; men de minsta, coolaste röda dvärgarna kan pågå i några biljoner år. Men tack vare närvaron av dvärggalaxier och vår förestående sammanslagning med Andromeda kan vår galax existera ännu längre.
Emellertid kommer alla galaxer i denna närhet av universum så småningom att bli gravitationellt bundna till varandra och smälta samman till en jätte elliptisk galax. Astronomer har sett exempel på dessa slags "fossila galaxer", varav Messier 49 - en supermassiv elliptisk galax.
Dessa galaxer har använt alla sina reserver av stjärnbildande gas, och allt som finns kvar är de längre stjärnorna. Så småningom, över stora längder, kommer dessa stjärnor att blinka ut efter varandra, tills det hela är universumets bakgrundstemperatur.
Efter att vår galax slås samman med Andromeda och fortsätter att smälta samman med alla andra närliggande galaxer i den lokala gruppen, kan vi förvänta oss att den också kommer att genomgå ett liknande öde. Och så har galaxutvecklingen skett under miljarder år, och den kommer att fortsätta hända under överskådlig framtid.
Vi har skrivit många artiklar om galaxer för Space Magazine. Här är Vad är Vintergatan?, Hur bildades Vintergatan? Vad händer när Galaxer kolliderar? Vad händer när Galaxer dör?
Om du vill ha mer information om galaxer, kolla in Hubblesites nyhetsmeddelanden om galaxer och här är NASA: s vetenskapssida om galaxer.
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast om galaxer - Avsnitt 97: Galaxies.
källor:
- Cornell University Institutionen för astronomi - Formation and Evolution
- Wikipedia - Galaxbildning och evolution
- SKA - Hur utvecklas galaxer?
