1 структура на вселената купове и свръхкупове от галактики

НАОП “Юрий Гагарин”

Стара Загора
2. Вселената на Томас Райт

Вселената не е разпъснати навред късове вещество. Тя има определена подредба или йерархия.

Томас Райт, Йохан Ламберт си представят Вселената като сложен, но разбираем часовников механизъм. По-късно Карл Шарлие публикува математически модел, описващ йерархична вселенска структура от безкрайна съвкупност, включващи се една в друга системи с нарастваща сложност.
3.

Йерархията във Вселената означава гравитационно свързани структури, но и общ техен произход и специфична динамика на компонентите.

Разгледани дотук такива структури са примерно

кометните и астероидни семейства в Слънчевата ни система;

планетите със спътниците си;

нашата и другите планетни системи; кратните звездни системи;

звездни купове;

звездни населения, определящи структурата на галактиките;

галактика със спътниците си;

системи от две, три и т.н. галактики;

субгрупи от галактики;

... като тази на М 31 в Андромеда и М33 в Триъгълник с тяхното обкръжение от галактики-спътници в Местната система галактики...

... Субгрупата на Млечния път и неговите галактики-спътници.

ВСЕЛЕНСКИ ЙЕРАРХИЧНИ СТРУКТУРИ ОТ І РЕД

Куповете от галактики

С характерни размери от 10 млн. св.г.

6.

ВСЕЛЕНСКА ЙЕРАРХИЯ ОТ 0 РЕД

..отделните галактики са вселенски структури от 0 ред, което означава, че не отделните галактики, а куповете от галактики са типичните вселенски структури.

Всеки от тези 18 малки сини обекта е на разстояние 11 милиарда години от нас и отдавна е влязъл в състава на някоя от галактиките наоколо, а може би и в нашия Млечен път… Всеки обект съдържа няколко милиарда звезди. Астрономите считат, че от сливането на такива галактични зародиши са се появили сегашните големи галактики като нашата.

Така би трябвало да изглежда Млечният път преди 12,7 милиарда години – като кълбовидния звезден куп М 4 в Скорпион, например – нищожен по размери и маса спрямо Галактиката. Красивите спирални ръкави на Млечния път по това време все още не са били формирани.

Възникване на сегашните големи спирални и елиптични галактики в резултат на множеството сливания и поглъщания на галактични зародиши. “Апетитът” на големите галактики идва с “яденето”. И понастоящем канибализмът сред галактиките е естествен процес на окрупняване на вселенската структура, която обаче си остава от нулев порядък.

Най-масивната елиптична галактика, която можем да наблюдаваме в центъра на купа галактики в Дева, е М 87. Размерите й са сравними с една такава локална група галактики като Местната група галактики, с диаметър от 2 Мпс.

Огромната елипсовидна М 87 в центъра на основната структурана единица на Вселената – галактичните купове

В-к “Телескоп”, бр. 9, 2006-03-01

По данни от телескопа “Хъбъл” е проведено изследване в Нотингамския университет под ръководството на проф. Кристофър Конселайс, потвърждаващо, че големите галактики са се формирали при сливане на по-малки. Галактичните сливания водят до образуването на звезди и според някои изследователи, захранват черните дупки в центровете на галактиките, при което те значително увеличават размерите си.

Масите на младите галактики са малки и дълго време оставаше загадка тяхното превръщане в масивни галактики. Сега е ясно, че за да се получи това са необходими поне 4-5 сливания, при което малката галактика се превръща в огромно струпване. Сега това става рядко, но преди 10 млрд години този процес е протичал много интензивно.

И още нещо – сливането на галактиките се е случило в строго ограничен отрязък от време – в течение на 6 млрд години след Големия взрив, което противоречи на съществуващите теории за бързото формиране на големите галактики в течение на няколко милиона години след Големия взрив и постепенното им сливане.

Пак там

Изследвайки процесите при сливащите се спирални галактики, учените предвиждат бъдещето на нашата Галактика и тази в Андромеда, които ще се сблъскат след само няколко милиарда години.

Сблъскващи се галактики в галактичния куп Абел 1185 от Дълбокото небе на космическия телескоп “Хъбъл”.

Прието е куповете от галактики с характерни размери от 10-тина милиона св.г да са йерархични структури от І ред;

През 1958 г. Ейбъл обособява 2 700 галактични купа върху 2/3 от цялото небе, като приема за купове от галактики структура с характерни размери 10 млн св.г., съдържаща поне няколко десетки галактики. Каталогът му за останалата 1/3 от небето е допълнен от Коруин и Олуин.

По-късно 1961-8 години излизат 6 тома каталози на галактични купове на Фриц и Цвики, съдържащи 9 134 такива структури.

От 1992 г. започват да излизат нови каталози на Единбург-Дърам, където куповете галактики се обособяват по метода на автоматизираното компютърно търсене.

В-К “Телескоп” бр. 16, 2006-04-19

Галактичният куп Abell 1689 е един от обектите, снимани с космическия телескоп “Хъбъл” и е принос за изучаване на еволюцията на най-масивните галактични купове на възраст около 7 млрд години. Галактичните купове са включени в проекта Gemini/HST Galaxy Cluster и над него работят учени от Окфорд. От снимките на космическия телескоп “Хъбъл” бе съставена карта на разпределението на светлината в галактичните купове, а с помощта на спектрографа на наземния телескоп Gemini са определени масите, възрастта и химичния състав на галактиките в куповете.

Галактичните купове съдържат най-масивните галактики във Вселената. Досега астрономите смятаха, че всички галактики в центъра на куповете са се формирали бързо и от милиарди години насам са в консервиран вид. Но данните от проекта показват, че времето за тях не е спряло. Младите галактики в далечните купове силно се различават от близките до нас. Ако в относително недалечните галактични купове галактиките не се различават много по химичен състав, то в далечните и млади купове галактиките силно се различават особено по наличието на кислород и магнезий в отделните галактики. Това говори за съществена промяна и интензивна еволюция на галактичните купове. За да се уеднакви химичния състав на старите купове, това означава, че е имало множество сливания на галактики.

Освен това изследванията показаха, че процесът на формиране на звездите силно зависи от масата на галактиките, влизащи в галактичните купове. В леките купове, процесът на звездообразуване протича по-дълго време – до 4 млрд години след Големия взрив. В най-масивните галактични купове звездите са се формирали основно в първия 1 млрд години на Вселената. Обяснението предсои.

И още един резултат от проекта – при присъединяване на галактиките към галактични купове в тях се активира процес на звездообразуване.Може би това се дължи на навлизането на галактиката в по-плътната газова среда – обща за галактичния куп.

ГАЛАКТИЧНИ КУПОВЕ – ВИДОВЕ

Неправилни по форма

Съдържат десетки до хиляди галактики от всички типове

Галактичният куп в Херкулес на разстояние 30 млн. св.г. или 10-тина Мпс. Заема 8 Мрс пространство и съдържа хиляди галактики, сред които преобладават неправилнитегалактики-джуджета. Сред големите галактики се срещат спирални и елипсовидни.

Неправилна форма има най-близкият галактичен куп в Дева. Разстоянието до него е 10 Мпс или 30 млн.св.г. Съдържа хиляди галактики. В центъра му е най-голямата известна елипсовидна галактика М 87 от cD тип. Така се обозначават свръхгигантските елиптични галактики с много ярки ядра, потопени в обширно хало с ниска повърхностна светимост. Такива галактики има в централните части на богатите на галактики купове. Масивната галактика като че ли се “утаява” в центъра на купа и привлича към себе си все повече галактики от близкото обкръжение, които поглъща. Канибализмът сред галактики е закономерен процес, с който се обяснява наличието и масивните галактики изобщо.

Друг галактичен куп от каталога на Абел под № 2218 от Дълбокото небе на “Хъбъл”.

Намира се в съзвездието Дракон на разстояне 2 млрд св.г.
17.

Вглеждайки се в центъра на купа Абел 2218 откриваме древната галактика, заградена с кръгче на това изображение е на 13 млрд. св.г., това означава, че я виждаме такава, каквато е била 750 млн. г. след Големия взрив.

Наблюдателните възможности на космическия телескоп “Хъбъл” и на 10-метровите
18.

ПРИНЦИП НА ГРАВИТАЦИОННАТА ЛЕЩА

Купът от галактики Abell 2218, както и подобният му Abell 1689 са едни от най-близките до нас – на разстояние от около 2 млрд. св.г.

Това са масивни струпвания от галактики, които деформират пространството според следствията от Общата теория на относителността на Айнщайн и това кара светлината от галактиките зад куповете да се изкриви, в резултат на което се появяват размножени изображения на тези галактики. Изкривяването на светлинните лъчи на по-далечните обекти зависи от масата на галактичните купове. Видимото вещество от жълтеникавите галактики от купа, изобразен тук е само 1% от масата, необходима да се появят дъговидните синкави и оранжеви изображения на галактиките зад купа. Останалата част от масата на купа галактики е т.нар. тъмна материя – каква точно – това е един от нерешените въпроси на съвременната космология.

Отделно е дадено усиленото от гравитационната леща изображение на много древна галактика-бебе на възраст 13,4 млрд.св.г. с диаметър само 500 св.г. в сравнение с 100-те хиляди св. г. диаметър на нашата Галактика. Звездите в нея са първичните – възникнали в такава ранна епоха от живота на Вселената.

Това изображение е получено със съвместните усилия на космическия телескоп “Хъбъл”, двата 10-метрови телескопа Кек на Хаваите и гравитационната леща.

“Ние наблюдаваме първото доказателство на нашите предци за еволюционното дълво на цялата Вселена – казва д-р Фредерик Чафи, директор на обсерваторията Кек. – Телескопите са виртуални машини на времето, които позволяват на астрономите да гледат назад в ранната история на Космоса.”

19.

Галактичния куп Абел 1835 и… още една гравитационна леща

Изображението показва как изглежда масивния галактичен куп Abell 1835 /вдясно/, който играе ролята на гравитационен телескоп, усилващ светлината на галактиките от фона.

Там от фона /оградения участък/ е галактиката SMM J14011+0252 или накратко J1/J2, която е наблюдавана за първи път сас Субмилиметровия телескоп /SCUBA/ в обсерваторията “Джеймс Максуел” на Хаваите. Тази галактика спада към тайнствените далечни обекти на ранната Вселена.
22.

Този масивен галактичен куп MS1054-0321 съдържа хиляди големи галактики като Млечния път и е на разстояние 8 млрд св. г. от нас

На рентгеновото изображение на орбиталната обсерватория ROSAT се откроява “тъмното вещество” в този куп от галактики

ГАЛАКТИЧНИ КУПОВЕ – ВИДОВЕ

Правилни по форма със сферична симетрия

Съдържат зесетки до милиони галактики обикновено елиптични – Е или кълбовидни So.

Още едно рентгеново изображение, но на най-близкия кълбовиден галактичен куп в Косите на Вероника – Комата

До него ни делят 69 Мпс. Въпреки значително по-голямото разстояние до Комата, отколкото до купа в Дева, на небето тя заема повече от 12º площ или 500 видими диска на Слънцето или Луната.

27.

В геометричния център на Комата има две големи ярки елипсовидни галактики.

Центъра на Комата с двете грамадни елипсовидни галактики отблизо

Симулация на възникването на Комата по данни на рентгеновата орбитална обсерватория “Нютон”

ВСЕЛЕНСКИ ЙЕРАРХИЧНИ СТРУКТУРИ ОТ ІІ РЕД

Свръхкупове от галактики

С характерни размери от 100-тина млн. св.г.

МЕСТЕН СВРЪХКУП ГАЛАКТИКИ

Съдържа около 10 000 галактики с размер от около 80 млн. св г.
Галактичният куп в Дева е в центъра му, а Местната система галактики е в периферията му

на разстояние 30 млн. св г. от центъра.

Някои от близките галактични купове около Местната система галактики в центъра Вдясно е този в Дева на разстояние 30 млн. св.г.

Земята не е неподвижна. Тя се върти около Слънцето, то около центъра на Галактиката. Млечният път се движи вътре в Местната група галактики, а тя като цяло лети по посока на купа галактики в Дева. Но скоростите на всички тези движения са малки в сравнение с тази, с която се движат всички тези обекти спрямо реликтовото лъчение или космическото микровълното фоново излъчване.

На тази карта на небето реликтовото излъчване по посока на движение на Земята е в синьо /синьо доплерово преместване/ и изглежда по-горещо, отколкото е в действителност, а в обратната посока – то е червено /отдалечава се от нас и има червено доплерово изместване/ - изглежда по-студено. Картата още показва относителната скорост на движение, която се оказва неочаквано огромна – Местната група галактики се движи със 600 км/сек спрямо реликтовото излъчване – факт, който още не е получил обяснение. Защо се движим толкова бързо? Какво ни тегли толкова силно?...
34.

Великият атрактор

Местният свръхкуп галактики заедно с няколко съседни изпитва гравитационно привличане към съзвездието Центавър и като че ли налитат със скорост от 600 км/сек към някакъв притегателен център, където не се вижда нищо. Близо до него е само богатият куп от галактики Абел 3627, но неговата маса не отговаря на това, което “придълпва” свръхкуповете. Тази маса трябва да е поне 5.10х16 слънчеви маси. Гравитационният център или от латински атрактор трябва да е скрита маса, осставаща една от големите вселенски загадки.

Великият атрактор е на 65 млн. св.г. от нас.
35.

Част от свръхкупа в Персей-Риби

Този галактичен куп е един от най-близките до нас на разстояние 250 млн. св.г. Той е част от свръхкупа Риби-Персей, съдържащ хиляди галактики и простиращ се на нашето небе на цели 15°! Малко вляво от центъра е доминиращата в купа галактика NGC 1275.

Това изображение обхваща област от 1,5 милиона св.г. в пространството.

Досега астрономите са изучили 300 галактични купа и групи, включително 100 от тях са на разстояние 8-10 млрд св.г. с космическия телескоп “Спитцер” и телескопите на Мауна Кея на Хаваите.

Дали галактиките са разпределени хаотично? В рамките на програмта “Обзор на цялото небе на дължина на вълната 2 микрона” е получено изображение на повече от милион ярки протяжни обекта. По-голямата част от тях се оказва, че са галактики, които съвсем не са хаотично разположени една спрямо друга. Очертаната структура може да помогне да разберем как е възникнала и еволюирала Вселената. Много галактики са свързани гравитационно в купове, а те от своя страна се групират в свръхкупове. Свръхкуповете образуват някаква “клетъчна” структура. На това изображение синият воал през центъра се дължи на излъчването на най-ярките звезди от нашата Галактика.

38.

Известният американски теоретик Пиблс казва: “Щом има купове от галактики трябва да има и празнини.” Наблюденията потвърждвата това предположение.

Е най-близката структура от свръхкупове от галактики. Прилича на листо с размери 200 х 100 х 20 Мпс и е на разстояние от 250 милиона св.г.

Поради близостта си и поради разхвърляността по цялото небе, тази структура е приета насериозно едва през 1989 г.

40.

Сега са известни още такива структури с характерни размери от 200-300 млн. св.г. По-големи структури не са открити, а в мащаба на Вселената те са толкова малки, че погледната “отвън” Вселената би трябвало да изглежда еднородна – обстоятелство, залегнало като изходно начало на съвременната космология.

Скалата дава мащаба – около 125-150 Мрс, а това е само на 2% назад във времето по скалата, водеща към Големия взрив.

Изучаването на вселенската структура доказа старата идея, че куповете от галактики не са разпределени случайно, а изграждат като мрежа.

Предполага се, че още в най-ранните етапи на възникване на Вселената, тогава, когато водородът и хелият рекомбинирали, а температурата е била около 3 000 К, възникнали флуктуации в плътността и скоростите на частиците. Неголемите различия в тези характеристики на частиците не повлияли на общото разширение на Вселената, нито на нейните свойства, но довели до гравитационни неустойчивости и сгъстявания на вещество. Първоначално тези сгъстявания били с неголеми размери – от порядъка на 50-150 млн.св.г., но с времето нарастнали. Образували се огромни неутринно-газови “питки” – зародишите на сегашните свръхкупове, от които впоследствие възникнали куповете и отделните галактики.