gov-civil-vilareal.ptSlaget om bulerne: Har astronomer taget fejl omkring spiralgalakser hele tiden?
>Nogle store nyheder fra Galaxy Zoo : Det ligner meget et klassisk klassifikationsskema for galakser - først drømt af Edwin Hubble selv! - kan være um, forkert. Konsekvenserne af dette er lige så dramatiske som de er kosmiske: Det indebærer meget stærkt, at den måde, vi har tænkt på, hvordan galakser danner og vedligeholder spiralarme, også er forkert. I stedet for at være semi-permanente træk ved galakser kan de i stedet faktisk afvikle sig selv, forsvinde og reformere igen!
Wow. Dette er en meget stor ting.
Klassificering er et naturligt første skridt, når du har en samling objekter, og du prøver at finde ud af dem. Hvis du kan sortere dem på en eller anden måde, kan du begynde at få indsigt i dem. Da astronomer først begyndte at montere kameraer på store teleskoper i slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede, fandt de ud af, at galakser - som for det meste ligner små fuzzy patches for øjet - har en svimlende række former. Men de faldt i fire brede kategorier : elliptisk, spiralformet, uregelmæssig og ejendommelig.
Spiralgalakser (dem med spiralarme) havde to hovedkomponenter: selve armene og en central bule af stjerner, hvorfra armene så ud til at stamme. Desuden syntes der at være et spektrum af disse galakseres former, fra små buler til store. Galakser med store centrale udbulninger havde tæt viklede spiralarme, mens dem med mindre udbulinger havde mere åbne arme. Hubble og hans team klassificerede dem også på denne måde med førstnævnte kaldet Sa og sidstnævnte Sc -galakser, med Sb -galakser mellem de to. Sa-galakser havde også en tendens til at have velformede kontinuerlige arme, og Sc-en har klumpigere, mindre veldefinerede arme.
Der var også en tredje struktur, kaldet en stang, der ligner et rektangulært eller pastillformet træk på tværs af midten af galaksen. Disse kaldes spærrede spiraler, og de så ud til at have de samme strukturer som almindelige spiraler ellers, så de blev kaldt Sba til Sbc.
Hubble Tuning Fork -diagrammet klassificerer galakser efter form og struktur. Spiralgalakser går fra store buler og stramme arme til små buler med vidtstrakte arme (med en parallel række til spærrede spiraler). Men nyt arbejde viser, at dette diagram kan være forældet. Kredit: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey
Hubble Tuning Fork -diagrammet klassificerer galakser efter form og struktur. Spiralgalakser går fra store buler og stramme arme til små buler med vidtstrakte arme (med en parallel række til spærrede spiraler). Men nyt arbejde viser, at dette diagram kan være forældet. Kredit: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey
Hubble lavede det, der blev kaldt stemmegaffeldiagrammet for at beskrive alt dette. På den ene side var elliptiske galakser, der strakte sig fra cirkulære (kaldet E0) til mere udstrakte (op til E7). Disse blev gaffelens stilk, hvor de to tænder var spiralerne fra Sa til Sc på den ene og de spærrede spiraler på den anden.
Der har været andre måder at gøre dette på, men Hubbles stemmegaffel har mere eller mindre været standarden i et århundrede nu. Det har gjort et anstændigt stykke arbejde, men der har været nogle galakser, der ikke passer til mønsteret. For eksempel kan man have en lille bule, men stramme arme, eller en anden med en stor bule og ret åbne arme. Hvis der er en galakse, der ikke helt passede, brugte astronomer normalt armstrukturen til at placere den i diagrammet.
Nu dog nye observationer har kastet en abe i nøglen med alt dette . Disse galakser er ikke undtagelsen. De er reglen.
NGC 1398, en spærret spiralgalakse, der ganske enkelt er smuk. Kredit: AT
NGC 1398, en spærret spiralgalakse, der ganske enkelt er smuk. Kredit: AT
Dette kommer fra Galaxy Zoo , et 'borgervidenskabeligt' projekt, der lader offentligheden lave simple analyser af reelle data. For eksempel returnerer moderne undersøgelser af himlen så mange data, at det er umuligt for få astronomer at sætte sig ned og slibe igennem dem. Det viser sig imidlertid, at ikke-astronomer kan udføre et temmelig pålideligt stykke arbejde med visse analyseopgaver, f.eks. At se på et billede af en spiralgalakse og afgøre, om armene er tæt sårede eller mere åbne. Undersøgelser har vist at hvis nok mennesker går over dataene, er resultaterne generelt (når de kontrolleres af fagfolk) ret præcise. Arbejdet er faktisk sjovt og involverer kun en simpel webgrænseflade.
I dette tilfælde præsenterede Galaxy Zoo mennesker data fra Sloan Digital Sky Survey. Mere end 250.000 store, lyse galakser blev overset af 160.000 mennesker, som besvarede ligefremme spørgsmål om dem. Selv de enkleste resultater er vigtige; for eksempel fandt de ud af, at 92% af de klassificerede galakser er spiralformede eller elliptiske, mens de resterende 8% er uregelmæssige eller ejendommelige. Det fortæller os med det samme noget om store, lyse galakser!
Men det er opfølgningerne, hvor tingene blev interessante. Når en delmængde af spiralgalakser (dem, der havde egenskaber, der var lettere at identificere) blev klassificeret efter deres bule størrelse og spiralarmvind (hvad astronomer kalder stigningsvinkel ), fandt de næsten ingen sammenhæng mellem de to!
Der er en svag sammenhæng i, at galakser med store udbulinger har en tendens til at favorisere at have strammere sårede arme, men det var på ingen måde reglen. Og galakser med mindre udbulninger viste sig at have arme på tværs af spektret, fra tæt sårede til fjerntliggende.
Dette flyver i lyset af Hubble -stemmegaffeldiagrammet. Og det bliver bedre: De fandt også ud af, at galakser med søjler har en tendens til at have mere åbne arme. Dette fortæller os noget vigtigt om, hvordan spiralgalakser dannes og udvikler sig over tid. Men hvad?
Den spektakulære spiralgalakse M61, observeret af det 8,2 meter meget store teleskop. Kredit: AT
hvordan man indleder kontakt efter ingen kontaktperiode
Den spektakulære spiralgalakse M61, observeret af det 8,2 meter meget store teleskop. Kredit: AT
Du tror måske, at spiralarme dannes, fordi stjerner på grund af tyngdekraften tættere på midten af galaksen kredser hurtigere end stjerner længere ude, så et spiralmønster vises naturligt. Men der er et problem med dette: Over tid ville dette afvikle armene og ødelægge strukturen. Tanken var, at vi ser så mange galakser med arme, at det ikke kan være sådan, tingene fungerer.
Så astronomer fik en idé kaldet tæthedsbølgehypotesen. Spiralarme ligner ifølge dette mere trafikpropper af stjerner og gas i en galakse. En trafikprop på en vej kan fortsætte i lang tid, selvom enkelte biler bevæger sig ind og ud af dem. Spiralarme blev antaget at være den kosmiske ækvivalent, hvor bølger af spiraltæthed dannes på grund af den komplicerede fysik i tyngdekraften af en galaktisk disk. Stjerner bevæger sig ind og ud af dem, men selve bølgen vedvarer. På den måde snor arme sig ikke med tiden.
Dette er det grundlæggende paradigme, astronomer bruger, og utallige artikler er blevet offentliggjort om det ... men disse nye resultater viser, at dette muligvis ikke er korrekt. Denne tæthedsbølgeidee er baseret på stemmegaffeldiagrammet, hvor arme og buler er stærkt relaterede; densitetsbølgens fysik forbinder spiralarmene på nogle måder med bule -størrelsen. Men Galaxy Zoo -fundene viser, at der sker noget andet, da armene generelt ikke ser ud til at bekymre sig alt for meget om bule -størrelsen.
Hvad astronomerne med ansvar for projektpostulatet er, at spiralarme dannes på grund af en form for forstyrrelse i galaksedisken (svarende til, hvordan densitetsbølgehypotesen siger, at de også dannes), men mønsteret er ikke nødvendigvis vedholdende. I stedet kan armene vindes op og blive strammere med tiden. På et tidspunkt bliver mønsteret ødelagt, armene forsvinder, og derefter starter processen forfra.
Dette ville forklare den adfærd, de ser i dataene. Selvom de ikke dykker ned i dette, postulerer de også, at en central bar på en eller anden måde bremser denne proces, da spærrede galakser har en tendens til at have mere åbne arme. Forbindelsen dér er dog ikke forstået endnu.
Så hvordan savnede Hubble alt dette? Enkelt: Han og hans team havde en meget begrænset prøve af galakser at se på. De havde simpelthen ikke nok prøver til at drage stærke konklusioner. Moderne undersøgelser har tusinder eller endda millioner af galakser i sig, hvilket muliggør langt bedre statistisk analyse.
Det er sjovt for mig; vi har brugt Hubbles diagram i alle disse årtier, og grunden til at dette er gået glip af dengang, er ironisk nok så mange data! Det tog Galaxy Zoo og dens enorme flok af deltagere at kunne gennemgå disse data og tildele små beløb til hver person. Selv computere gør ikke et perfekt stykke arbejde, da de har en tendens til at være programmeret med vores egne forudfattede forestillinger om klassificering. Borgerforskere arbejder ikke under den byrde og kan frit finde nye ting.
Husk, dette er kun det første skridt i en ny retning. Ideen om, at spiralarme vinder op, har eksisteret i det astronomiske samfund i et stykke tid og vinder popularitet, men dette er et betydeligt løft for det. Nu skal profferne komme ind og udarbejde fysikken og forklare observationerne på måder, de ikke havde gjort før.
Det er spændende. Hvilke nye ting vil de opdage, processer, der endnu ikke var blevet overvejet, og som virker på skalaer på titusinder og hundredtusinder af lysår?
Som forfatterne påpeger, selv efter godt et århundrede med at studere spiralarme i galakser, er der stadig grundlæggende ting ved dem, vi ikke forstår. Forhåbentlig er dette et stort skridt i retning af at rette op på det.
