|
OSONČJA,
GALAKSIJE IN VESOLJE
Sonce je naša zvezda, ki je omogočila
nastanek Osončja in je istočasno tudi gonilna sila, ki omogoča
obstoj življenja na Zemlji. Sonce je rumena zvezda tipa G2.
Sestavljena je v glavnem iz vodika in helija. Sonce pretvarja vodik
v helij z zlivanjen jeder ali termonuklearno fuzijo. Pri tem nastane
še nekaj »malega« delcev in žarčenj, ki jih oddaja v svojo okolico.
Ali je Sonce edina zvezda s planeti? Katero je nam najbližje sonce,
torej zvezda? Ali je samo v praznini vesolja?
Če pogledamo ponoči proti nebu,
vidimo nad glavo nebroj zvezd, ki so sonca drugih planetnih
sistemov. Vendar zvezde ne potujejo same, ampak se zbirajo v
skupine, ki jih imenujemo galaksije. Naša zvezda, torej Sonce, je
del zvezdne skupine ali galaksije z imenom Mlečna cesta. Nam
najbližja zvezda je Proxima Centauri, ki je od nas oddaljena 4,2
svetlobni leti. Če to preračunamo v kilometre, dobimo 39,7 milijard
kilometrov. V krogu 40 svetlobnih let okrog Sonca je bilo opaženih
štirideset drugih zvezd ali sonc. Doslej smo odkrili 98 sončnih
sistemov s 119 planeti. Skoraj vsa so bila odkrita od leta 1995
naprej, ko je postal operativen Habblov vesoljski teleskop (HST) v
orbiti okrog Zemlje.
Sonce se nahaja z drugimi zvezdami
v Orionovi roki naše galaksije Mlečne ceste. Mlečna cesta se z
drugimi galaksijami združuje v večje gruče, mi pripadamo Lokalni
gruči. Lokalna gruča je združena v velikansko lokalno supergručo ali
supercluster. V sredini te supergruče je gruča galaksij Virgo, ki je
očitno rotacijski center naše Lokalne gruče. Zato lokalno supergručo
imenujemo še supergručo Virgo.
Naša galaksija Mlečna cesta je
sestavljena iz 200 milijard zvezd. Naše Sonce spada med večje zvezde
in je povprečno. Mlečna cesta je spiralna galaksija, podobno kot
galaksija M83. Ta je naši galaksiji precej podobna in zato lahko
rečemo, da je to sestrska galaksija, ki sodi v isto gručo galaksij.
Mlečna cesta je sestavljena iz diska in iz sferične sredice. Naše
sonce se nahaja v ravnini diska, na pol poti med sredico in robnim
halojem. Halo je rob galaksije poln prašnate snovi. V sredini
galaksije je masivna črna luknja. Ta povzroča rotacijo vsake
spiralne galaksije.
Galaksija Andromeda je naši
galaksiji Mlečni cesti najbližja in ji je podobna.
Galaksija M83 je tudi
podobna naši galaksiji Mlečni cesti. Njena sestava, količina zvezd
in njen premer
naj bi bolj ali manj ustrezala. Vendar ima naša galaksija ob sebi še
pritlikavo galaksijo Sagitarius,
ki vpliva na njen izgled.
VRSTE GALAKSIJ
Na vrh strani
 |
Obstajajo
štiri glavne kategorije galaksij. Te so v glavnem spiralne,
eliptične, kroglaste in galaksije nepravilnih oblik.
Naša galaksija Mlečna cesta
je spiralna galaksija. Spiralne galaksije se delijo na več
podrazredov, ki so določeni na podlagi njihove oblike in
relativne velikosti med diskom in sredico. Nekatere imajo
zelo velik disk in majhno sredico, druge pa veliko sredico
in majhen, ozek disk. |
Ločijo jih tudi na podlagi plinov,
ki se nahajajo v njihovem disku in še na osnovi starosti zvezd, ki
se nahajajo v disku. Spiralne galaksije najdemo največkrat v tistih
področjih vesolja, ki so redkeje poseljena z galaksijami. Njihovi
občutljivi kraki lahko obstanejo le v primeru, če jih ne zmotijo
plimni valovi sosednjih galaksij.
galaksija m100 |
Eliptične galaksije se ločijo glede na stopnjo eliptičnosti,
to je sorazmerja med krajšo in daljšo osjo. Vse svetijo
enakomerno in uniformno in so podobne sredicam spiralnih
galaksij. Seveda nimajo nobenega diska in haloja. Njihove
zvezde so zelo stare in v njihovem spektru ni mogoče zaznati
nobenih plinov. Najdemo jih največkrat v poljih gosto
posejanih galaksij v centrih gruč galaksij. Zdi se, kakor da
bi to bile spiralne galaksije, ki so izgubile zvezde iz
diska.
Kroglaste galaksije imajo
sredico in disk, vendar nimajo spiralnih krakov. V disku je
le redko mogoče zaznati pline. Zvezde v disku so prav tako
stare. Zdi se, kakor da so to spiralne galaksije v prehodu v
eliptično obliko.
Nekatere galaksije so
nepopolno oblikovane in niso velike. Mogoče so to galaksije,
ki šele nastajajo. Takšen je Veliki Magellanov oblak, ki ga
delno zakriva tudi temna materija.
GRUČA
GALAKSIJ
Na vrh strani
Galaksije se največkrat
združujejo v manjše ali večje skupine, ki jih imenujemo
klusterje ali sprimke. Naša Lokalna gruča vsebuje našo
galaksijo Mlečno cesto, pridruženo pritlikavo kroglasto
galaksijo Sagittarius, spiralno galaksijo Andromedo (M31) in
še nekaj satelitskih objektov kot na primer Veliki in Mali
Magellanov oblak.
Običajni sprimki so
sestavljeni iz centralnega dela ali jedra in dobro
oblikovane kroglaste strukture. Razdelimo jih glede na
gostoto galaksij v tej kroglasti strukturi. Gostoto merimo v
okviru Abellovega premera, to je do 460.000 svetlobnih let
ali 1,5 Mpc (Mpc=megaparsek) od središča gruče. Opazili so,
da so gruče velike od 300.000 do 3.000.000 svetlobnih let
(1-10 Mpc) in imajo maso M ~ 10^15 Sončevih mas. To je enica
s petnajstimi ničlami ali milijon milijard.
Nepravilni sprimki nimajo
dobro definiranega središča. So približno enako veliki kakor
običajni sprimki, vendar je njihova masa manjša, običajno
10^12 - 10^14, to je tisoč do sto tisoč milijard sončevih
mas. Takšen nepravilen sprimek ali gruča je tudi naša
supergruča Virgo.
VELESTRUKTURE
Na vrh strani
Gruče niso zadnja stopnja
združevanja teles in objektov v vesolju. Gruče se združujejo
v velegruče ali velesprimke. V vsaki supergruči je vsaj
ducat gruč, ki imajo maso 10^16 sončnih mas ali deset
milijonov milijard sončnih mas. Naša Lokalna gruča se
združuje v Lokalno velegručo, ki ima center v gruči Virgo in
zato jo tudi imenujemo velegruča Virgo. To je manjša
velegruča in ima premer okrog 4.600.000 svetlobnih let ali
15 Mpc. V največji znani supergruči se nahaja gruča Coma, ki
je predstavljena na sliki zgoraj. Njen premer znaša
30.660.700 svetlobnih let ali 100 Mpc. Sistem supergruč
tvori nekakšno osnovno strukturo vesolja in v njih se nahaja
90% vseh galaksij, ki so bile doslej odkrite.
Meritve gibanj galaksij so
odkrile, da se galaksije v gručah in potem te v supergručah
enakomerno gibljejo v isto smer. Tako se naša galaksija
Mlečna cesta vrti okrog svojega centra velike črne luknje.
Objekti v Lokalni gruči se ne premikajo drug na drugega.
Prav tako se tudi posamezne gruče znotraj Supergruče Virgo
ne gibljejo druga na drugo. Vsi skupaj se gibljeno s
hitrostjo 600 km/sekundo proti oddaljenemu objektu, ki so mu
nadeli naziv »Great Attractor« ali Veliki privlačevalnik. Ta
leži na razdalji 13.800.000 svetlobnih let in bi naj imel
maso 5x10^16 sončnih mas.
Praznine, liste in vlakna
so poimenovali elemente, ki jih vidimo v strukturi delov
vesolja. To so strukture, ki jih tvorijo galaksije na
največji skali strukture vesolja. Raziskave rdečega pomika
širjenja vesolja kažejo na njegovo mehurjasto strukturo.
Galaksije so razporejen kot nekakšna vlakna velikih
listnatih struktur. Mehurjaste praznine seveda niso čisto
brez galaksij, a so te v njih izredno redke. |
galaksija NGC1365 |
galaksija
NGC891 |
Gruča Virgo |
Centralni del
gruče Coma, ki vsebuje veliko eliptičnih galaksij. To je
najbolj gosto »naseljen« del vesolja, ki smo ga doslej
odkrili. |
Raziskave opravljene s pomočjo HST kažejo zanimivo strukturo
galaksij v razdalji 50 milijonov svetlobnih let
ali 150 Mpc,
to je na 2% razdalje do roba opazovanega vesolja. Galaksije so
prikazane kot pike. Struktura galaksij
je razdeljena
na dva velika lista znotraj katerih so gruče in supergruče z
vmesnimi »praznimi« prostori
v obliki mehurjev. Slika prikazuje
gornjo polovico dvojne pahljače.
Mehurji praznine imajo običajno
premer 7.600.000 svetlobnih let (25 Mpc). Mehurji praznine
sestavljajo 90% opazovanega prostora vesolja. Našli so tudi
praznino, ki ima premer 38.000.000 svetlobnih let ali 124 Mpc. Na
drugi strani pa so opazili velikanski list galaksij, ki so ga
poimenovali »Veliki zid«. Njegove mere so 30.600.000 svetlobnih let
ali 100 Mpc v dolžino in višino.
Globinska slika dobljena s pomočjo HST pri njegovi
največji možni povečavi kaže ogromno galaksij
že v najmlajšem stadiju vesolja.
Najnovejše slike HST, ki so
dobljene pri največji možni povečavi teleskopa, kažejo galaksije, ki
so nastale le dve milijardi let po Velikem poku (Big Bag). Na sliki
vidimo fantastično sestavljanko galaksij, ki so se oblikovale prej,
kot je to do sedaj predvidevala veljavna teorija o nastanku vesolja.
TEMNA SNOV
Na vrh strani
Astronomi so vedno bolj prepričani,
da večino vesolja ne predstavlja njegova »svetleča« snov, temveč
njegova temna snov. Ta bi naj bila tudi v drugačni obliki, kot je
snov, ki jo poznamo na Zemlji. Gostoto snovi v vesolju označujejo z
grško črko omega Ω. Od gostote snovi je odvisno ali se bo vesolje iz
prvotnega Prapoka širilo v neskončnost ali pa se bo spet stisnilo
nazaj v prvotno točko.
Ocena gostote snovi in s tem
velikost parametra Omega je še vedno predmet razprav med
znanstveniki. V kolikor sprejmemo za osnovo ves svetel material
(zvezde in galaksije, medzvezdni topli plin) in ga primerjamo s
»črnim« ali »praznim« vesoljem, znaša Omega ~ 0,005. Če upoštevamo
vse zaledno zračenje vesolja in praktično vse žarčenje, znaša Omega
~ 0,04. Gostoto bi lahko povečali, če bi pri izračunu upoštevali še
velike plinaste gigante in zvezde, rjave pritlikavke, ki ne sevajo
dovolj svetlobe. Vendar ni znano koliko rjavih pritlikavk in
gigantskih planetov sploh obstaja. Ne moremo govoriti niti o oceni
odstotka planetnih sistemov, ki imajo takšne planete. Zato so se
lotili merjenja gostote vesolja še na drugi način. Kot osnovo so
uporabili sorazmerje med maso in svetilnostjo eliptičnih galaksij.
Pri tem so si pomagali še z velikostjo premera galaksij. Takšen
preračun je pokazal vrednost Omega ~ 0,016. Vrtilni momenti galaksij
so kazali tudi na količino temne snovi, ki rotira skupaj z
galaksijami na njihovih robovih vidnega diska. Če pri tem upoštevamo
še opazovanja gibanja galaktičnih gruč, pridemo do vrednosti Omega ~
0,15.
Opazovali so še dinamiko gruč in na
tej podlagi določili maso njegovih galaksij. Ker še ni preteklo
dovolj časa od prvih opazovanj, je težko najti gruče z dovolj močno
dinamiko, ki bi pomagala pri raziskavi. V tem primeru so dobili
vrednost Omega ~ 0,2 (± 0.1). Z raziskavami rdečega pomika galaksij,
ki ležijo na velikih razdaljah vesolja 61.500.000 svetlobnih let ali
200 Mpc, so določili faktor Omega ~ 0,8 (± 0.5). Iz navedenega je
razvidno, da predstavlja svetla snov le majhne del mase vesolja, ki
je sestavljena iz snovi, ki je vidimo, ker ne izžareva nobenih
žarkov in tudi ne svetlobnih fotonov. Možno je, da je veliko te
snovi v obliki, ki je na Zemlji ni, to je v obliki antimaterije.
KAJ JE ČRNA
LUKNJA?
Na vrh strani V besedilu se je pojavila
trditev, da je pravo središče galaksije črna luknja, ki
povzroča tudi rotacijo spiralne galaksije. Torej je tudi v
središču naše galaksije Mlečne ceste črna luknja.
Črna luknja je del
vesolja-časa iz katerega ne more nič pobegniti, tudi
svetloba ne. Zato ime črna luknja. Da bi pojasnili ta
prostorno-časovni fenomen, uporabimo najprej teniško žogico.
Kaj se zgodi, če jo vržemo v zrak? Čim močneje jo vržemo,
tem hitreje potuje, ko zapusti našo roko. Prav tako doseže
tudi večjo višino preden se vrne nazaj. Če bi jo zagnali
dovolj močno, bi se ne vrnila, ker je gravitacijska
privlačnost ali težnost ne bi mogla več potegniti nazaj.
Hitrost, ki je potrebna, da žoga ubeži težnosti, imenujemo
ubežna hitrost. Za Zemljo je ubežna hitrost 11,265
km/sekundo (40.554 km/h).
Če neko telo razbijamo na
vedno manjše dele, se povečuje njihova gravitacijska
privlačnost in s tem tudi njihova ubežna hitrost. Čim manjši
je delec, tem bolj ga je potrebno zagnati, da ubeži
gravitacijski privlačnosti. Na koncu dosežemo točko, ko
potrebujemo takšno ubežno hitrost kot je hitrost svetlobe,
ki znaša 299.792 km/sekundo. Na tej točki noben delec ne
more več zapustiti nekega vesoljskega telesa, ker nič v
vesolju ne more potovati hitreje kot svetloba. Tako dobimo
nebesno telo imenovano črna luknja.
Neposredno črne luknje
sploh ne moremo videti, ker noben delec svetlobe ali foton
ne more ubežati s površja takega telesa. Vendar obstajajo
dobri razlogi, da menimo, da črne luknje v resnici
obstajajo. Vrnimo se k zvezdam. Nekatere med njimi so
izredno velike in dosegajo maso, ki tudi 10.000-krat presega
maso našega Sonca.
Ko takšna zvezda porabi svoje
gorivo in dogori, pride do močne eksplozije zvezde. Zvezda na nebu
izredno zažari in takrat jo imenujemo supernova. Nekaj materiala se
razprši na vse strani, večina pa se začne spet nabirati proti
sredini zvezde, ker ga prične privlačiti gravitacijska privlačnost.
Material se zgošča toliko časa, dokler se notranjost spet ne zagreje
in pritisk toplote premaguje gravitacijsko privlačnost. A ker je
porabljen ves gorivni material, se zvezda spremeni v pritlikavo
nevtronsko zvezdo. Vemo, da se to zgodi, saj so našli kar veliko
takšnih zvezd. V vidni svetlobi so slabo vidne, zato pa jih zelo
dobro vidijo radijski teleskopi. Zvezda namreč oddaja močan tok
nevtronov, ki se na radijskem teleskopu zazna kot močan šum.
A če je nevtronska zvezda zelo
velika, potem notranja toplota ne more premagati gravitacijske
privlačnosti in zvezda se vse bolj in bolj krči. Prostori med
atomskimi delci so vse manjši, dokler ne počijo atomske vezi med
njimi. Zvezdi ni več pomoči in sesede se samo vase in postane črna
luknja. Kritična masa je zelo majhna. Dovolj je, če ima zvezda
dvakratno maso našega Sonca, da postane črna luknja. Ocenjujejo, da
se v naši galaksiji pojavi supernova na vsakih 300 let. V sosednjih
galaksijah pa so odkrili okrog 500 nevtronskih zvezd. Torej je zelo
velika verjetnost, da obstaja tudi nekaj črnih lukenj.
Jedro galaksije NGC4261
posneto z Hubblovim vesoljskim teleskopom HST. |
Seveda ne moremo videti neposredno črne luknje same, ker iz nje ne
uide noben delec svetlobe. Vendar pa so te črne luknje kot brezna
brez dna. Iz okoliškega prostora vsrkavajo ves material, ki ga
doseže njihov gravitacijski vpliv. Močna gravitacija ima kljub temu
določen obseg. Obstaja rob na katerem lahko nek delec ubeži njeni
gravitacijski privlačnosti. Tak rob imenujemo horizont dogajanja. Na
robu dogajanja nastane burna reakcija, ko se privlečena telesa
skušajo upreti in pred »smrtjo« oddajajo različne žarke. Z
opazovanji s Hubblovim vesoljskim teleskopom HST se je pokazalo, da
je dejansko takšne objekte mogoče tudi videti. Na levi strani je
slika galaksije NGC4261. Njeno jedro je črna luknja že v celoti
požrla in viden je rjav disk, ki tvori horizont dogajanja. Ker vse
skupaj rotira, lahko izmerimo premer in hitrost vrtinca ter s tem
tudi težo telesa v jedru. Ves objekt v sredini je velik kakor naše
Osončje, vendar tehta 1.200.000.000-krat več kakor naše Sonce.
Gravitacija je milijonkrat večja od gravitacije Sonca. Skoraj
zanesljivo je ta objekt črna luknja.
Naslednji odkriti objekt se nahaja
v galaksiji M87. To je zelo aktivna galaksija in zelo zanimiv objekt
za proučevanje. Sredi jedra je spiralno oblikovan disk vročih
plinov. Na prvi sliki spodaj je prikazan večji del galaksije, na
drugi prikazuje drugo stran galaksije. To nam omogoča, da določimo
hitrost rotacije diska in s tem njegovo velikost. Na tej osnovi
lahko ocenimo še maso in velikost nevidnega objekta v sredini.
Čeprav objekt ni večji od našega sončnega sistema, tehta 3
milijarde-krat več kot Sonce. To je takšna masa, da svetloba ne more
ubežati gravitacijski privlačnosti. Zagotovo je tudi ta objekt črna
luknja. Na sliki je opazna diagonalna linija. To je očitno neke
vrste prosta pot za tiste delce materije, ki so uspeli pobegniti
črni luknji vzdolž osi rotacije in črna luknja jih vsaj v tem delu
ne bo pogoltnila. Črna luknja se namreč s časom vedno bolj debeli in
vedno bolj širi svoj horizont dogajanja. Ustavi se šele, ko v njeni
okolici ni več dovolj materiala, ki bi ga lahko pogoltnila.
|
Galaksija M87 s plinastim
obročem v jedru, ki ga povzroča črna luknja. |
A najnovejše raziskave kažejo, da
črne luknje vseeno oddajajo termalno radiacijo in izgubljajo svojo
maso. Proces je zelo počasen, vendar trajen. Tako bi se s časom črna
luknja postopno manjšala, na nek način bi izhlapela. Na koncu bi za
trenutek poblisnila in že je ne bi bilo več. Te raziskave je
spodbudil Stephen Hawkings, genialni fizik na invalidskem vozičku.
Trenutni rezultati kažejo na pravilnost njegove teorije.
O zvezdah glej
zvezde
|
