Kai kam nors pasakau, jog kosmologai, nagrinėjantys Visatos plėtimąsi ir ilgalaikę evoliuciją, dažnai ją laiko vienalyte terpe, daugelis nustemba. Dar labiau stebina vienas iš kertinių kosmologijos „akmenų“ – kosmologinis principas, kuris sako, jog didžiausiuose masteliuose Visata yra homogeniška (t.y. vienalytė, ta prasme visur daugmaž vienodo tankio) ir izotropiška (t.y. vienoda visomis kryptimis). Nenuostabu, kad tokie teiginiai atrodo mažų mažiausiai keisti – pažiūrėjus į savo aplinką ar nakties dangų jau ko ko, bet vienodumo visomis kryptimis tikrai neišvysime. Tai kaip čia taip yra? Atsakydamas į šį klausimą pabandysiu trumpai papasakoti, kokie objektai egzistuoja Visatoje, nuo daugmaž didžiausių iki daugmaž mažiausių.
Regimoji Visata. Centre pažymėtas taškelis – vietinis galaktikų superspiečius (žr. žemiau)
Pradėkime nuo paties didžiausio objekto – pačios Visatos. Teisingiau tariant, regimosios jos dalies. Dėl visuotinio erdvės plėtimosi (apie kurį buvau kadaise rašęs) yra tam tikras atstumas, kuriame esantys kūnai nuo mūsų tolsta šviesos greičiu, o dar tolesni – dar greičiau. Taigi jų stebėti mes nebegalime. Šis atstumas yra maždaug 14 milijardų parsekų (46 milijardai šviesmečių). Kaip neseniai rašiau, tokio atstumo įsivaizduoti geriau ir nebandyti – vis tiek nepavyks. Jį nebent palyginti galima su kitų objektų dydžiais.
Visata nėra visiškai tolygi ir vienoda – joje egzistuoja daugybė sutankėjimų ir praretėjimų, o atskirus daugmaž sferinius sutankėjimus jungia tankesnės juostos. Tie sutankėjimai – tai galaktikų spiečiai, kurių dydžiai siekia keletą milijonų parsekų. Būtent dėl to, kad bet kuria viena kryptimi į Visatą telpa bent tūkstantis tokių spiečių, ir galima sakyti, kad Visata yra daugmaž vienalytė. Kiekviename tokiame spiečiuje yra dešimtys ar net šimtai galaktikų – štai mūsų Galaktika irgi yra vieno tokio spiečiaus, vadinamo Mergelės spiečiumi (nes jo centras yra Mergelės žvaigždyno kryptimi), dalis. Maži galaktikų spiečiai, sudaryti iš vos kelių galaktikų, kartais vadinami grupėmis. Pagrindinis skirtumas tarp didesnių spiečių ir grupių yra tas, kad grupėse tarp galaktikų beveik nėra tarpgalaktinių dujų, o dideliuose spiečiuose jų masė beveik prilygsta pačių galaktikų masėms.
Galaktikų spiečiai yra didžiausios gravitaciškai susijusios struktūros Visatoje. Galaktikos spiečiuose sukasi aplink spiečiaus centrą, ir tas sukimosi greitis paprastai neviršija 1000 kilometrų per sekundę. Tokiu greičiu judantis kūnas per Visatos gyvavimo laiką nuskristų maždaug 14 milijonų parsekų – atstumą, šiek tiek didesnį už didžiausių spiečių skersmenis. Tai reiškia, kad kiekviena galaktika, esanti spiečiuje, nuo atsiradimo gali būti bent porą kartų apsisukusi aplink spiečiaus centrą – tai vadinama gravitacine relaksacija, plačiau apie ją parašysiu kitą kartą. Dar kitaip pažiūrėjus, tai reiškia, jog jei matome galaktikas viename tokiame spiečiuje, tai yra labai nedidelė tikimybė, kad jos vienoje vietoje susibūrusios atsitiktinai. Būtent dėl šitų priežasčių ir sprendžiama, kad spiečiai yra gravitaciškai surišti, ir kad jie yra didžiausi tokie objektai. Maždaug 7 praėjusio amžiaus dešimtmečio viduryje buvo iškelta hipotezė, kad egzistuoja ir dar didesni „superspiečiai“, besidriekiantys šimtus milijonų parsekų nuo krašto iki krašto, tačiau būtent dėl gravitacinio surišimo ir relaksacijos negalimumo teorija buvo atmesta.
Dviejų galaktikų spiečių susiliejimo nuotrauka, padaryta Chandra rentgeno spindulių kosminiu teleskopu
Kiekvienas spiečius yra sudarytas iš gigantiško tamsiosios medžiagos halo – daugmaž sferinio telkinio, kurio masė palaiko visas galaktikas besisukančias aplink viena kitą. Arti to halo (taigi ir viso spiečiaus) centro egzistuoja daug tarpgalaktinių dujų – jos paprastai būna labai karštos ir spinduliuoja rentgeno diapazone, dėl to ir stebėti jas sąlyginai nesunku. Paveikslėlyje halas yra pažymėtas melsvai, o dujos – violetine spalva. Tų dujų dinamika yra vienas iš svarbiausių tamsiosios medžiagos buvimo įrodymų – alternatyvios teorijos, paaiškinančios pavienių galaktikų sukimosi kreives, labai sunkiai gali paaiškinti tokius dujų telkinius. Na ir paskutinė spiečių sudedamoji dalis yra, savaime suprantama, pačios galaktikos.
Galaktikų būna labai įvairių dydžių. Mažiausių „nykštukinių“ galaktikų masė tėra vos keli tūkstančiai Saulės masių, o didžiausių – net trilijonai. Mūsų Galaktika – Paukščių takas – yra gana didelė, kelių šimtų milijardų Saulės masių. Panašiai kaip masės, taip ir galaktikų dydžiai svyruoja nuo kelių šimtų iki kelių šimtų tūkstančių šviesmečių. Beje, tai yra tik šviečiančios galaktikos dalies dydis. Kiekviena galaktika taip pat turi atskirą tamsiosios medžiagos halą, kuris driekiasi gerokai toliau, gal net iki pusės milijono šviesmečių, ir sveria maždaug dešimt kartų daugiau, nei likusi galaktika.
Galaktikos taip pat būna įvairių formų. Pagal dabartines teorijas, sąlyginai jaunos (kelių milijardų metų senumo) galaktikos būna spiralinės ir atrodo gana mėlynos, nes jose daug masyvių jaunų mėlynų žvaigždžių. Vėliau, sendamos, galaktikos ima raudonuoti, nes masyvios žvaigždės miršta, naujų žvaigždžių formavimasis prislopsta, tad lieka tik ilgaamžės mažesnės raudonos žvaigždės. Taip pat dažnai galaktikos susilieja, o susiliejimo padarinys yra netaisyklingos formos galaktika, kuri vėliau dažnai „susitvarko“ į eliptinę. Paukščių takas tokio didelio susiliejimo regis nėra patyręs, tad ir spiralinę struktūrą išlaikė.
Paukščių Tako vaizdas "iš šono" su pažymėtomis sudedamosiomis dalimis (žr. žemiau ir antrą dalį)
Daugelyje galaktikų galima atskirti kelias sudedamąsias dalis. Spiralinės galaktikos turi diską – sąlyginai plokščią apskritą žvaigždžių telkinį, išorinę galaktikos dalį. Saulė yra Paukščių tako disko dalis. Abipus disko kartais aptinkama žvaigždžių, išsidėsčiusių gana atsitiktinai erdvėje – tai vadinamasis žvaigždinis halas. Diske dažnai galima išskirti keletą spiralinių vijų – tankiau „apžvaigždintų“ dalių, kurias skiria mažesnio tankio tarpai. Nėra tiksliai žinoma, kaip tos vijos susidaro, tačiau kompiuteriniai modeliai ir analitiniai skaičiavimai lyg ir rodo, kad tai yra elementaraus žvaigždžių judėjimo padarinys ir tokia struktūra tiesiog privalo susidaryti bet kokiame gana plokščiame panašaus dydžio telkinyje.
Arčiau galaktikos centro randamas baldžas, arba lietuviškiau kalbant centrinis telkinys. Tai yra elipsoido formos žvaigždžių telkinys, paprastai kelių tūkstančių šviesmečių (maždaug tūkstančio parsekų) spindulio galaktikos pusiaujo kryptimi ir šiek tiek suplotas statmenai šiai krypčiai, bet gerokai storesnis už diską. Eliptinėse galaktikose baldžas yra gerokai didesnis – praktiškai visa galaktika yra vienas centrinis telkinys. Baldže esančios žvaigždės dažnai juda labai įdomiomis orbitomis, nes triašiame gravitaciniame potenciale gali atsitikti visokiausių dinaminių keistenybių. Viena iš tų keistenybių – gana stabili pailga struktūra, lietuviškai berods vadinama skerse (angl. „bar“; ne, ne aludė), atrodanti kaip pagalys, pervertas per galaktikos centrą nuo vieno baldžo krašto iki kito. Toks objektas, atrodytų, niekaip negalėtų egzistuoti pats savaime, bet taip jau yra, kad jie egzistuoja, ir didelė dalis galaktikų skerses turi. Jų atsiradimą vėlgi paaiškina kompiuterinis modeliavimas ir analitiniai skaičiavimai – atrodo, jog galaktikos formavimosi pradžioje, kai centrinis telkinys dar tik kaupiasi, dalis žvaigždžių orbitų įgyja pailgas „bananų“, „žuvyčių“ arba „kaspinų“ formas. Šitokios orbitos, viena kitą perdengdamos, ir suformuoja skersę, kuri egzistuoja bent keletą milijardų metų, nes žvaigždės, judėdamos tomis įdomiomis orbitomis, palaiko tokioms orbitoms reikalingą potencialą. Tačiau po truputį, dėl kartais pasitaikančių artimų žvaigždžių tarpusavio kontaktų bei dėl galaktikos centre esančios juodosios skylės poveikio, skersė pranyksta.
Meniškas supermasyvios juodosios skylės galaktikos centre vaizdelis. Aplink skylę matomas akrecinis diskas – centre karštas ir ryškiai spinduliuojanti, pakraščiuose šaltas; taip pat sukasi pora žvaigždžių, o statmenai disko plokštumai veržiasi materijos čiurkšlės
Na ir galiausiai pačiame galaktikos centre „gyvena“ supermasyvi juodoji skylė. Manoma, kad šitie objektai, kurių masės svyruoja nuo milijono iki kelių milijardų Saulės masių, ir beveik visais žinomais atvejais yra lygios vienai tūkstantąjai centrinio telkinio masės daliai, egzistuoja beveik visose galaktikose, išskyrus pačias mažiausias. Nykštukinėse galaktikose juodosios skylės arba iš viso neegzistuoja, arba jas užgožia branduoliniai žvaigždžių telkiniai – gerokai mažesni už centrinį telkinį, tačiau sandara į jį panašūs, žvaigždžių spiečiai. Tokie spiečiai egzistuoja ir didesnėse galaktikose, bet ten jie jau nesugeba užgožti juodosios skylės ir prie jos vykstančių procesų.
Šioje vietoje apie galaktikas kaip ir baigta ir reikėtų pereiti prie mažesnių objektų. Bet paliksiu tai kitam kartui, kad nepasirodytų pernelyg daug informacijos vienu kartu. Tikiuosi, kad skaityti labai nenusibodo :)
P.S. Pridėjau daug nuorodų ir paveiksliukų. Tikiuosi, kad taip bus truputį aiškiau :)