Μέρος 25 – Γαλαξίες

Οι γαλαξίες αποτελούνται από δισεκατομμύρια αστέρια, αέρια, σκόνη και αόρατη σκοτεινή ύλη. Τα αστέρια κάθε γαλαξία συγκρατούνται μαζί από τη βαρύτητα. Παρατηρήθηκαν γαλαξίες που αλληλεπιδρούν βαρυτικά και αλλάζουν δραματικά το σχήμα τους. Η τροχιά ενός άστρου σε έναν γαλαξία είναι πολύ περίπλοκη επειδή η δύναμη που καθορίζει την κίνησή του είναι το άθροισμα των βαρυτικών δυνάμεων όλων των άλλων αστεριών και της σκοτεινής ύλης σε έναν γαλαξία. Οι περισσότεροι γαλαξίες έχουν μια τεράστια μαύρη τρύπα στο κέντρο τους.
Το πρόβλημα των τριών σωμάτων, δηλαδή η κίνηση τριών (ή περισσότερων) άστρων για παράδειγμα, είναι δύσκολο και μπορεί γενικά να επιλυθεί μόνο αριθμητικά με υπολογιστές. Το πρόβλημα της εύρεσης της κίνησης ενός αστεριού σε έναν γαλαξία είναι ακόμη πιο δύσκολο και επιλύεται αριθμητικά με υπολογιστές.
Η ταξινόμηση των γαλαξιών έγινε αρχικά από τον Hubble και βελτιώθηκε από τους de Vaucouleurs. Οι γαλαξίες ταξινομούνται στη μορφή τους σε: 1) ελλειπτικούς γαλαξίες, 2) σπειροειδείς γαλαξίες, 3) απογυμνωμένους σπειροειδείς γαλαξίες 4) ενδιάμεσους γαλαξίες και 5) ακανόνιστους γαλαξίες. Οι ραβδωτοί σπειροειδείς γαλαξίες είναι σπειροειδείς γαλαξίες που έχουν γύρω από το κέντρο τους μια δομή σαν ευθεία γραμμή με πολλά αστέρια, την οποία ονομάζουμε ράβδο. Ενεργοί γαλαξίες ή πιο σωστά ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες είναι εκείνοι οι γαλαξίες που έχουν στον πυρήνα τους έντονη εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε διαφορετικά μήκη κύματος.
Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες οφείλουν, πιθανώς, την ισχύ τους σε μια τεράστια μαύρη τρύπα στο κέντρο τους, που έχει έναν υπερμεγέθη δίσκο συσσώρευσης και δύο γιγάντιους πίδακες ταχύτατου υλικού, και είναι οι μεγαλύτεροι επιταχυντές σωματιδίων κοσμικής ακτίνας. Τα Quasar (και το QSO) είναι πολύ απομακρυσμένοι και πολύ ισχυροί ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες με μια τεράστια μαύρη τρύπα μάζας εκατομμυρίων έως δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες έχουν ισχυρή εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε ραδιοκύματα και ακτίνες Χ.
Ο παλαιότερος γνωστός γαλαξίας, ο λεγόμενος «εμβρυικός», σχηματίστηκε μόλις 500.000.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, βλέπουμε αντικείμενα που τοποθετούνται 500.000.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Με το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα δούμε αντικείμενα που κατασκευάζονται 200.000.000 χρόνια ή ίσως ακόμη και μόλις 20.000.000 χρόνια μετά το Big Bang και σίγουρα θα έχουμε πάρα πολλές εκπλήξεις.
Η επέκταση του Σύμπαντος που ανακαλύφθηκε από τον Hubble είναι μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στην αστρονομία. Ο Hubble χρησιμοποίησε μετρήσεις μεταβλητών αστεριών όπως το Cepheids, για να ανακαλύψει την επέκταση του Σύμπαντος. Ο Alexander Friedman και ο Georges Lemaitre προέβλεψαν την πιθανή δημιουργία του Σύμπαντος με τη Μεγάλη Έκρηξη βάσει της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Η ακριβής μέτρηση της απόστασης των γαλαξιών έγινε παρατηρώντας τα μεταβλητά αστέρια του τύπου Κηφείδων, που είναι γνωστής ισχύος με γνωστό απόλυτο μέγεθος.
Η ταχύτητα με την οποία οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο είναι επακόλουθο της μεγάλης έκρηξης που δημιούργησε το σύμπαν. Συνειδητοποιούμε ότι πρέπει να υπάρχει σκοτεινή ύλη στον Γαλαξία μας από τις επιπτώσεις που έχει στην περιστροφή του Γαλαξία, δηλαδή, την επανάσταση των αστεριών γύρω από το κέντρο του Γαλαξία μας και, γενικότερα, των αστεριών κάθε γαλαξία γύρω από το κέντρο του.
Μετράμε την περιστροφή κάθε γαλαξία από τα φάσματα των γαλαξιών και με βάση το φαινόμενο Doppler Fizeau. Από τις μετρήσεις των μακρινών γαλαξιών έχουμε ενδείξεις για ένα επιταχυνόμενο σύμπαν και μετράμε τη σκοτεινή ενέργεια.
Οι ακριβείς μετρήσεις των θέσεων των γαλαξιών μάς επιτρέπουν να μελετούμε δομές μεγάλης κλίμακας στο Σύμπαν. Η δομή του Σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα δείχνει ότι η κατανομή των γαλαξιών δεν είναι ομοιογενής και ότι υπάρχουν σμήνη και υπερκαυστήρες γαλαξιών καθώς και κενά.
Μελέτες μεγάλης κλίμακας στο Σύμπαν διενεργούνται, επίσης, με προσομοιώσεις υπερυπολογιστών. Η μελέτη της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος, που χρησιμοποιεί προσομοιώσεις υπερυπολογιστών, μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα τους φυσικούς μηχανισμούς που οδήγησαν στη δημιουργία δομών, όπως οι υπερκαυστήρες γαλαξιών και τα κενά.