Astronaujiena. Didelės ir mažos galaktikos – tokios skirtingos, bet ir tokios panašios

Galaktikų dydžiai yra labai įvairūs – jų masės siekia nuo kelių milijonų iki dešimčių trilijonų Saulės masių. Toks masių santykis panašus į didžiausio ir mažiausio žinduolių masių santykį: jei 200 tonų sveriantis mėlynasis banginis atitiktų didžiausias galaktikas, tai dviejų gramų etruskų kirstukas – mažiausias. Mėlynasis banginis labai skiriasi nuo etruskų kirstuko, tačiau jie turi ir esminių panašumų. Taip ir galaktikos: didžiausios nuo mažiausių skiriasi reikšmingai (apie tai plačiau rašiau pernai), bet kartais randame ir gana netikėtų panašumų tarp jų.


Kaimyninė Andromedos galaktika, šiek tiek didesnė už Paukščių Taką. Nuotraukoje taip pat matyti dvi jos palydovės: M110 (apačioje) ir M32 (į kairę nuo Andromedos centro). Šaltinis: Chuck Menges

Vienas iš panašumų žinomas jau daug metų: ir labai didelėse, ir labai mažose galaktikose yra ganėtinai mažai įprastos materijos, astronomijoje vadinamos „barionais“. Tai yra dujos, žvaigždės, planetos ir visa kita, ką iš principo galime matyti per teleskopus. Visatoje maždaug penkis kartus daugiau yra tamsiosios materijos, tačiau didžiausiose ir mažiausiose galaktikose šis santykis yra šimtą ar daugiau kartų didesnis. Tuo tarpu vidutinio dydžio galaktikose, panašiose į Paukščių Taką, barionų yra apie penkis kartus mažiau, nei vidutiniškai Visatoje. Kur dingsta likę barionai? Didelė jų dalis yra aplinkgalaktinėje erdvėje bei kosminiame voratinklyje – gijose tarp galaktikų, taip pat tarpgalaktinės medžiagos debesyse galaktikų spiečiuose. Bet skirtumas tarp mažų ir didelių galaktikų iš vienos pusės ir vidutinių galaktikų iš kitos yra tam tikras pačių galaktikų masės nulemtas reiškinys, o ne jų aplinkos veiksnys; priešingu atveju tokios reikšmingos priklausomybės nuo masės nesitikėtume.

Prieš kelias savaites pasirodžiusiame naujame straipsnyje pristatytas dar vienas panašumas tarp didelių ir mažų galaktikų, atskiriantis jas nuo vidutinio dydžio analogų. Tai – medžiagos pasiskirstymas galaktikos centrinėje dalyje. Čia turima omeny visa medžiaga – ir barioninė, ir tamsioji, o pasiskirstymas aprašomas funkcija, vadinama tankio profiliu. Tankio profilis susieja medžiagos tankį su atstumu nuo galaktikos centro. Visose galaktikose tolstant nuo centro tankis mažėja, tačiau ne visose jis tą daro vienodai. Jau senokai žinoma, kad mažiausių galaktikų centruose tankis mažėja daug lėčiau, nei panašių į Paukščių Taką, o naujame tyrime parodyta, kad didžiausių galaktikų centruose medžiagos tankis kinta panašiai į mažiausias, bet ne į vidutinio dydžio, galaktikas. Taip pat nagrinėtuose duomenyse matomas ir tamsiosios bei barioninės medžiagos santykio kitimas priklausomai nuo galaktikos masės, bet šįkart nagrinėjant ne visą galaktiką, o tik centrinę jos dalį – čia taip pat didelėse ir mažose galaktikose dominuoja tamsioji materija, o vidutinio dydžio galaktikose – barionai.


Pagrindinis pristatomo straipsnio rezultatas. Viršutiniame grafike vaizduojama tamsiosios materijos dalis galaktikos centriniame regione, apatiniame – tankio profilio plokštumas (kuo skaičius labiau neigiamas, tuo profilis statesnis). Horizontalioje ašyje – bendra galaktikos žvaigždžių masė. Kvadratukais pažymėtos elipsinės galaktikos, mėlynomis ir violetinėmis linijomis bei spalvotais regionais – spiralinių galaktikų duomenys. Tamsiai raudonos linijos žymi kelių stipriai idealizuotų modelių rezultatus. Šaltinis: Tortora et al. (2019), MNRAS

Kas nulemia tokius panašumus tarp priešingose masės intervalo pusėse esančių galaktikų? Tikslaus ir vienareikšmio atsakymo kol kas neturime, bet beveik neabejojama, kad tai – galaktinių tėkmių padarinys. Mažose galaktikose tėkmes sukelia žvaigždžių procesai, tokie kaip supernovų sprogimai, stiprūs vėjai ir spinduliuotė. Didelėse galaktikose tėkmes sukelia aktyvūs branduoliai – jų vėjai bei galbūt čiurkšlės. Vėlgi, ne vienerius metus žinome, kad mažose galaktikose pasikartojantys žvaigždėdaros epizodai ir supernovų sprogimų keliamos tėkmės išvalo dujas iš centro bei „išplokština“ tankio profilį. Skaitmeninių modelių rezultatai pernai patvirtinti ir stebėjimų duomenimis – galaktikose, kuriose žvaigždėdara sustojo prieš daug milijardų metų, tankio profiliai yra statesni nei tose, kur žvaigždėdara tebevyksta iki šiol. Kol kas nėra aiškių įrodymų, kad aktyvių branduolių kuriamos tėkmės didelėse galaktikose sukelia tokius pačius efektus, bet iš principo tai tikrai yra įmanoma. Galaktikų branduoliai aktyvūs yra epizodiškai, panašiai kaip ir žvaigždėdara mažose galaktikose; jų tėkmės išmeta dujas tolyn nuo galaktikos centro ir gali išmesti visai iš galaktikos. Taigi ingredientai, sukuriantys poveikį galaktikai, egzistuoja, belieka tik įrodyti, kad toks procesas tikrai vyksta ir išnagrinėti jo detales.


Tėkmė galaktikoje NGC 3079. Rentgeno ir regimųjų spindulių nuotraukų montažas. Šaltinis: Rentgenas: NASA/CXC/University of Michigan/J-T Li et al.; Regimieji spinduliai: NASA/STScI

Kuo gi ypatingos vidutinio dydžio galaktikos? Jos turi centrines supermasyvias juodąsias skyles ir kartais būna aktyvios, tačiau branduolio aktyvumą jose apriboja efektyvus žvaigždžių formavimasis. Taigi branduolio aktyvumo epizodai jose yra per reti ir per silpni, kad sukurtų galingas tėkmes. Iš kitos pusės, šios galaktikos yra pernelyg masyvios, kad žvaigždžių kuriamos tėkmės išstumtų dujas toli nuo centro. Vidutinio dydžio galaktikose lieka daugiausiai dujų, o medžiagos tankis jų centruose yra daug artimesnis tam, kokį prognozuoja skaitmeniniai tamsiosios materijos evoliucijos modeliai.

Jei jums patinka mano tekstai ir manote, kad jie verti vieno kito dolerio per mėnesį, galite paremti mane Patreon platformoje.

Laiqualasse

2 comments

  1. Labai idomūs jusu sraipsniai. Tik mano protas sunkiai suvokia. Labai isigilint reikia. Džiugu kad skiriate laika tokiam mokslui , nekiekvienam ta suprasti. Linkiu ir toliau taip dometis , čia ribu nera. Sekmes jum….

    1. Ačiū, malonu, kad patinka :) O įsigilinti tikrai galima – jei skaitant kyla klausimų, rašykite, pasistengsiu paaiškinti.

Komentuoti: Erikas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *