Galaxii

Figura 26.1 Galaxie în spirală. Cunoscută după numărul de catalog IC5332, această galaxie spirală, văzută aproape din față, se află la aproximativ 30 de milioane de ani lumină distanță, în constelația Sculptor. În stânga, vedem o lumină vizibilă și o imagine ultravioletă realizată cu telescopul spațial Hubble. Strălucirea provine în principal de la stelele strălucitoare, organizate într-o formă de spirală grandioasă, cu benzi de praf arătând ca regiuni întunecate printre stelele strălucitoare. În dreapta, aceeași galaxie este văzută cu Instrumentul de infraroșu mediu al telescopului spațial James Webb, care funcționează la o temperatură de numai 7 grade peste zero absolut. În acest interval de lungimi de undă, praful este transparent și vedem în principal încurcături de stele care sunt mai reci, mai vechi și mai slabe decât Soarele nostru. Observați complexitatea mult mai mare în structura spirală a galaxiei din această imagine. (Credit: modificarea lucrărilor ESA/Webb, NASA și CSA, J. Lee și echipele PHANGS-JWST și PHANGS-HST)

Propria noastră galaxie este singura? Dacă mai sunt și alte galaxii, sunt ca și Calea Lactee? Cât de departe sunt? Le putem vedea? După cum vom afla, unele galaxii se dovedesc a fi atât de îndepărtate încât a durat miliarde de ani pentru ca lumina lor să ajungă la noi. Aceste galaxii îndepărtate ne pot spune cum era universul când era tânăr.

Asemenea turiștilor dintr-un orășel care fac prima lor vizită în marile orașe ale lumii, vom fi uimiți de frumusețea și varietatea galaxiilor. Și totuși, vom recunoaște că mult din ceea ce vedem nu este atât de diferit de experiențele noastre de acasă și vom fi impresionați de cât de mult putem învăța uitându-ne la structurile construite cu mult timp în urmă.

Începem călătoria noastră cu un ghid al proprietăților galaxiilor, la fel cum începe un turist cu un ghid cu principalele caracteristici ale orașelor de pe itinerariu. În capitolele ulterioare, vom privi cu mai multă atenție istoria trecută a galaxiilor, cum s-au schimbat de-a lungul timpului și cum și-au dobândit numeroasele forme diferite. În primul rând, ne vom începe călătoria prin galaxii cu întrebarea: este galaxia noastră singura?

Crescând într-un moment în care telescopul spațial Hubble orbitează deasupra capetelor noastre și telescoape gigantice apar pe marile vârfuri ale munților lumii, ați putea fi surprinși să aflați că nu am fost siguri mult timp de existența altor galaxii. Însăși ideea că există alte galaxii a fost controversată. Chiar și în anii 1920, mulți astronomi credeau că galaxia noastră Calea Lactee cuprinde tot ceea ce există în univers. Dovezile găsite în 1924 care însemnau că galaxia noastră nu este singură a fost una dintre marile descoperiri științifice ale secolului al XX-lea.

Nu e vorba că oamenii de știință nu puneau întrebări. Ei au pus sub semnul întrebării compoziția și structura universului încă din secolul al XVIII-lea. Cu toate acestea, cu telescoapele disponibile în secolele anterioare, galaxiile arătau ca niște mici pete neclare de lumină care erau greu de distins de grupurile de stele și norii de gaz și praf care fac parte din propria noastră galaxie. Toate obiectele care nu erau puncte ascuțite de lumină au primit același nume, nebuloase, de la cuvântul latin nebulae pentru „nori”. Deoarece formele lor precise erau adesea greu de deslușit și nu fuseseră încă concepute tehnici pentru măsurarea distanțelor lor, natura nebuloaselor a făcut obiectul multor dezbateri.

Încă din secolul al XVIII-lea, filozoful Immanuel Kant (1724–1804) a sugerat că unele dintre nebuloase ar putea fi sisteme îndepărtate de stele (alte Căi Lactee), dar dovezile care susțin această sugestie depășeau capacitățile telescoapelor acelor timpuri.

Până la începutul secolului al XX-lea, unele nebuloase au fost identificate corect ca niște clustere de stele, iar altele (cum ar fi Nebuloasa Orion) ca nebuloase gazoase. Cele mai multe nebuloase, însă, păreau slabe și neclare, chiar și cu cele mai bune telescoape, iar distanțele lor au rămas necunoscute. (Pentru mai multe despre cum sunt numite astfel de nebuloase, apropo, vedeți caseta cu caracteristici despre Numirea nebuloaselor din capitolul despre materia interstelară.) Dacă aceste nebuloase erau în apropiere, cu distanțe comparabile cu cele ale stelelor observabile, cel mai probabil erau nori. de gaze sau grupuri de stele din galaxia noastră. Dacă, pe de altă parte, ar fi îndepărtate, cu mult dincolo de marginea Galaxiei, ar putea fi alte sisteme stelare care conțin miliarde de stele.

Pentru a determina care sunt nebuloasele, astronomii au trebuit să găsească o modalitate de a măsura distanțele până la cel puțin unele dintre ele. Când telescopul de 2,5 metri de pe Muntele Wilson din California de Sud a intrat în funcțiune, astronomii au avut în sfârșit telescopul mare de care aveau nevoie pentru a soluționa controversa.

Lucrând cu telescopul de 2,5 metri, Edwin Hubble a reușit să vadă stele individuale în câteva dintre nebuloasele mai strălucitoare în formă de spirală, inclusiv M31, marea spirală din Andromeda (Figura 26.2). Printre aceste stele, el a descoperit câteva stele variabile slabe care — când le-a analizat lumina lor curbată — s-au dovedit a fi cefeide. Iată indicatori fiabili pe care Hubble i-ar putea folosi pentru a măsura distanțele până la nebuloase folosind tehnica introdusă de Henrietta Leavitt (vezi capitolul despre Distanțele celești). După o muncă minuțioasă, a estimat că galaxia Andromeda se afla la aproximativ 900.000 de ani lumină de noi. La acea distanță enormă, trebuia să fie o galaxie separată de stele situată mult în afara granițelor Căii Lactee. Astăzi, știm că galaxia Andromeda este de fapt puțin mai mult de două ori mai îndepărtată decât prima estimare a lui Hubble, dar concluzia lui despre adevărata sa natură rămâne neschimbată.

Figura 26.2 Galaxia Andromeda. Cunoscută și după numărul său de catalog M31, galaxia Andromeda este o galaxie spirală mare, foarte asemănătoare ca aspect și puțin mai mare decât propria noastră galaxie. La o distanță de aproximativ 2,5 milioane de ani lumină, Andromeda este galaxia spirală care este cea mai apropiată de a noastră în spațiu. Aici, este văzută cu două dintre galaxiile sale satelit, M32 (sus) și M110 (jos).

Nimeni în istoria umanității nu a măsurat vreodată o distanță atât de mare. Când lucrarea lui Hubble despre distanțele până la nebuloase a fost citită înaintea unei reuniuni a Societății Americane de Astronomie în prima zi a anului 1925, întreaga cameră a izbucnit într-o ovație în picioare. O nouă eră începuse în studiul universului și un nou domeniu științific – astronomia extragalactică – tocmai se născuse.