Spectre, culori și forme ale galaxiilor

Figura 28.2 Călătoria astronomică în timp. Această imagine în culori adevărate, cu expunere lungă, realizată pe parcursul a 70 de orbite ale Pământului cu Telescopul Spațial Hubble, arată o zonă mică în direcția constelației Sculptor. Grupul masiv de galaxii numit Abell 2744 apare în primul plan al acestei imagini. Conține câteva sute de galaxii și le vedem așa cum arătau acum 3,5 miliarde de ani. Gravitația imensă din Abell 2744 acționează ca o lentilă gravitațională pentru a deforma spațiul și a lumina și a mări imaginile de la aproape 3000 de galaxii de fundal îndepărtate. Galaxiile mai îndepărtate (multe dintre ele destul de albastre) apar așa cum au arătat acum mai bine de 12 miliarde de ani, la puțin timp după Big Bang. Galaxiile albastre erau mult mai frecvente în acea perioadă mai timpurie decât sunt astăzi. Aceste galaxii par albastre deoarece sunt în curs de formare activă a stelelor și produc stele albastre fierbinți și strălucitoare. (Credit: NASA, ESA, STScI)

Astronomia este una dintre puținele științe în care toate măsurătorile trebuie făcute la distanță. Geologii pot preleva mostre din obiectele pe care le studiază; chimiștii pot efectua experimente în laboratoarele lor pentru a determina din ce este făcută o substanță; arheologii pot folosi datarea cu carbon pentru a determina cât de vechi este ceva. Dar astronomii nu pot ridica și se pot juca cu o stea sau galaxie. După cum am văzut pe parcursul acestei cărți, dacă doresc să știe din ce sunt alcătuite galaxiile și cum s-au schimbat acestea de-a lungul vieții universului, trebuie să decodeze mesajele purtate de numărul mic de fotoni care ajung pe Pământ.

Din fericire (după cum ați învățat) radiația electromagnetică este o sursă bogată de informații. Distanța până la o galaxie este derivată din deplasarea ei spre roșu (cât de mult liniile din spectrul ei sunt deplasate spre roșu din cauza expansiunii universului). Conversia deplasării spre roșu la o distanță depinde de anumite proprietăți ale universului, inclusiv de valoarea constantei Hubble și de cantitatea de masă pe care o conține. Vom descrie modelul actual acceptat al universului în Big Bang. În sensul acestui capitol, este suficient să știm că cea mai bună estimare actuală pentru vârsta universului este de 13,8 miliarde de ani. În acest caz, dacă vedem un obiect care a emis lumină acum 6 miliarde de ani, îl vedem așa cum era când universul avea aproape 8 miliarde de ani. Dacă vedem ceva care a emis lumină acum 13 miliarde de ani, îl vedem așa cum era când universul avea mai puțin de un miliard de ani. Așadar, astronomii măsoară deplasarea către roșu a unei galaxii din spectrul acesteia, folosesc constanta Hubble plus un model al universului pentru a transforma deplasarea către roșu într-o distanță și folosesc distanța și viteza constantă a luminii pentru a deduce cât de departe în timp văd galaxia – timpul de privire în urmă.

Pe lângă distanță și timpul de observare în urmă, studiile privind deplasările Doppler ale liniilor spectrale ale unei galaxii ne pot spune cât de repede se rotește galaxia și, prin urmare, cât de masivă este (așa cum este explicat în Galaxii). Analiza detaliată a unor astfel de linii poate indica, de asemenea, tipurile de stele care locuiesc într-o galaxie și dacă aceasta conține cantități mari de materie interstelară.

Din păcate, multe galaxii sunt atât de slabe încât colectarea suficientă a luminii pentru a produce un spectru detaliat este în prezent imposibilă. Astfel, astronomii trebuie să folosească un ghid mult mai grosier pentru a estima ce tipuri de stele locuiesc în cele mai slabe galaxii – culorile lor generale. Priviți din nou figura 28.2 și observați că unele galaxii sunt foarte albastre, iar altele sunt portocalii-roșiatice. Acum amintiți-vă că stelele albastre fierbinți și luminoase sunt foarte masive și au o durată de viață de doar câteva milioane de ani. Dacă vedem o galaxie în care domină culorile albastre, știm că trebuie să aibă multe stele albastre fierbinți și luminoase și că acea formare a stelelor trebuie să fi avut loc în cele câteva milioane de ani înainte ca lumina să părăsească galaxia. Pe de altă parte, într-o galaxie galbenă sau roșie, stele albastre tinere și luminoase care au fost formate cu siguranță în primele explozii de formare stelară a galaxiei trebuie să fi murit deja; trebuie să conțină în mare parte stele vechi galbene și roșii care durează mult timp în etapele lor de secvență principală și astfel s-au format de obicei cu miliarde de ani înainte ca lumina pe care o vedem acum să fie emisă.

Un alt indiciu important asupra naturii unei galaxii este forma acesteia. Galaxiile spirale pot fi distinse de galaxiile eliptice prin formă. Observațiile arată că galaxiile spirale conțin stele tinere și cantități mari de materie interstelară, în timp ce galaxiile eliptice au în mare parte stele vechi și foarte puțin sau deloc formare de stele. Galaxiile eliptice au transformat cea mai mare parte a materiei lor interstelare în stele în urmă cu multe miliarde de ani, în timp ce formarea stelelor a continuat până în prezent în galaxiile spirale.

Dacă putem număra numărul de galaxii de fiecare tip în fiecare epocă a universului, ne va ajuta să înțelegem cum se schimbă ritmul formării stelelor în timp. După cum vom vedea mai târziu în acest capitol, galaxiile din universul îndepărtat – adică galaxiile tinere – arată foarte diferit de galaxiile mai vechi pe care le vedem în apropiere în universul actual.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2025 MultiMedia Publishing