Galaxia

Galaxia noastră este domiciliul Soarelui și a altor 200 de miliarde de stele, mii de nebuloase și roiuri stelare.

Galaxia NGC7331 din contelatia Pegasus. Astronomii cred ca aceasta galaxie arata exact ca galaxia noastra. Credit: NASA/JPL-Caltech

Toate aceste obiecte orbitează în jurul centrului galaxiei (centrul galactic).

Galaxia este o structura gigantică având 100.000 de ani lumină în diametru. Chiar dacă are un diametru mare, galaxia este foarte subțire: doar 1000 de ani lumină grosime.

Pentru a vă imagina cât de mare este galaxia să ne imaginăm că o reducem la 130 km. Atunci sistemul solar va avea numai 2 mm diametru!

Văzută din interiorul ei, galaxia apare ca o bandă albicioasă pe cer, bandă cunoscută sub numele de "Calea Lactee". Chiar dacă Calea Lactee este difuză, având un aspect de nor, ea este compusă din miliarde de stele. Acest lucru a fost gândit pentru prima oara de Democritus (450 I.Hr. - 370 i. Hr.), dar demonstrat de

Centrul galaxiei observat în domeniu radio. Sunt notate cele mai importante formațiuni. Credit: N. E. Kassim, D. S. Briggs, T. J. W. Lazio, T. N. LaRosa, J. Imamura (NRL/RSD)

Galileo Galilei în 1610. Galilei a privit spre Calea Lactee prin lunetă și a observat că se descompune în mii de stele slabe ca strălucire.

Cea mai strălucitoare parte a Căii Lactee se proiectează în constelația Sagittarius (Săgetătorul). Acolo se afla centrul galaxiei. Ce se află în centrul galaxiei este greu de aflat, pentru că acesta este ascuns în spatele multor stele și al norilor de praf și gaz din planul galactic. Din observații radio și în alte lungimi de undă s-a determinat că în centrul galaxiei există o sursă foarte puternică de unde radio, numită Sagittarius A (Sgr A). Se crede că Sgr A este un rest de supernovă, o gaură neagră. Tot în acea regiune se află Sagittarius A Vest, o bulă de gaz foarte fierbinte formată probabil în urma exploziei supernovei. Acest nor are un diametru de 2,2 miliarde km.

S-a observat că Sgr A nu are mișcare orbitală fiind situată în centrul Galaxiei noastre. Masa găurii negre din centrul Galaxiei este de 2 milioane mase solare. Stelele aflate în vecinătatea centrului galactic se rotesc în jurul acestuia destul de repede. Se poate, în câțiva ani, să se determine orbitele lor.

Rotația stelelor în jurul centrului galactic
Credit: Credit: A. Eckart (U. Koeln) & R. Genzel (MPE-Garching),
SHARP I, NTT, La Silla Obs., ESO

Varsta galaxiei

Ultimele studii arată că galaxia noastră are vârsta de 13,6 miliarde de ani, fiind aproape la fel de bătrână ca și Universul. Această vârstă s-a estimat prin studiul abundenței elementului chimic berilium în stelele din roiul globular NGC 6397.

Structura galaxiei

Văzută de sus galaxia noastră are o formă de galaxie spirală, cu o bara în centru. Asemenea galaxii se numesc spirale barate.

Inițial s-a crezut că este o spirală normală, dar începând cu 1980, tot mai multe observații arătau că în centrul galaxiei se află o bara de stele roșii, foarte bătrâne. Confirmarea a venit în 2005, când telescopul spațial Spitzer a observat aceasta bară în centrul galaxiei.

Stelele sunt dispuse în galaxie în două moduri: stelele tinere stau în planul galaxiei (discul galactic), iar cele bătrâne în haloul galactic, ce înconjoară centrul galaxiei.

În jurul centrului galactic se desfașoară două brate spirale mari, ce pornesc de la marginea barei centrale. Aceste brate au primit numele constelației în care se proiectează:

• brațul Perseus
• brațul Scutum-Centaurus

Există și alte brațe spirale, dar sunt brațe ce nu pornesc din bara galaxiei noastre:

• bratul Norma-Cygnus
• bratul Crux-Scutum
• bratul Carina-Sagittarius
• brațul Orion

Soarele împreună cu planetele, dar și alte stele sunt situate în brațul Orion (numit și brațul Local).

Bula Locală, concepție artistică. Credit:NASA

Inițial între stelele din braț se afla gaz, dar unda de soc a unei supernove a golit o regiune de gazul interstelar. Aceasta regiune, în care s-a format și Soarele se numește acum "Bula Locală".

Are un diametru de 300 de ani lumină, densitatea gazului fiind foarte mică, de numai 0,05 atomi de hidrogen pe centimetru cub, o densitate de 10 ori mai mică decât în alte zone din galaxie.

În ultimile 5 până la 10 milioane de ani, Soarele a călătorit prin Bula Locală. Forma Bulei Locale nu este sferică, ci eliptică.

Galaxia noastra vazuta de pe muchie. Credit: E. L. Wright (UCLA), The COBE Project, DIRBE, NASA.

Toate brațele spirale și majoritatea stelelor sunt situate în discul galactic (în planul galaxiei). Discul galactic, în care se găsesc stele tinere și mult gaz, este înconjurat de un halou sferic de stele bătrâne, dar și de un halou de roiuri stelare globulare, formate odată cu galaxia noastră.

Majoritatea roiurilor globulare se afla situate până la o depărtare de 100.000 de ani lumină de centrul galaxiei. Există și câteva roiuri globulare mai îndepărtate.

Un lucru surpinzător, observat din modul în care se rotesc stelele în jurul centrului galactic, este faptul că toate stelele din galaxie și toate nebuloasele reprezintă doar 10% din masa acesteia. Restul de 90% este materie întunecată. Se crede că materia intunecată se află în haloul galactic.

Locul Soarelui in galaxie

Soarele se găsește la marginea brațului spiral Orion, în Bula Locală. Distanța până la centrul galatic este de 26.000 ani lumină.

Pana la urmatorul braț spiral, brațul Perseus, este o distanță de 6500 ani lumină.

Norul local interstelar. Credit: Linda Huff (American Scientist), Priscilla Frisch (U. Chicago)

S-a descoperit un nor de gaz interstelar, aflat în constelația Cygnus, ce se întreaptă spre Soare. Norul de gaz are un diametru de 25 ani lumină și se numește „Puful Local (Local Fluff)”. Mai științific, această regiune se numește „norul interstelar local”. Se pare că ne aflăm deja în acest nor de gaz, din care vom ieși peste aproximativ 10.000 de ani. Radiația puternică a asociației stelare Scorpius-Centaurus, împinge norul interstelar local într-o direcție de deplasare perpendiculară pe cea a Soarelui.

Zona în care se afla Soarele, departe de regiunile dense, unde se formează stele, se numește zona habitabilă.

Această zonă se află îndeajuns de aproape de centrul galactic, unde există elemente chimice grele, din care se formează planetele telurice. Zona se afla destul de departe, însă, de regiunile bogate în stele și nebuloase, unde pot exista găuri negre, unde pot exploda supernove. Simpla trecere a unei stele pe lângă Soare ar arunca planetele în spațiu.

Soarele, împreună cu planetele, face o rotație completă în jurul centrului galactic în 225-250 milioane de ani. Viteza de deplasare a acestuia este de 217 km/s (1 an lumină în 1400 de ani).

Față de stelele din veninatate, Soarele se deplasează în direcția constelației Hercules, acest loc fiind numit apexul solar. Orbita Soarelui este eliptică și prezintă oscilații în planul galactic. Se crede că atunci când Soarele ajunge în planul galaxiei, din cauza densității stelare mari, se produc extincții în masă pe Terra. Gravitația stelelor din vecinătatea Soarelui destabilizează cometele de la marginea sistemului solar și le trimite spre Soare. Astfel toate planetele vor trece printr-o perioadă de coliziuni cu comete sau asteroizi.

În regiunea unde se afla situat Soarele se cunosc pozițiile exacte (în spațiu) a peste 100.000 de stele. Pe o rază de 10 ani lumină se află 12 stele. Șapte din cele 12 stele sunt pitice roșii. Doar stelele Sirius A și alpha Centauri A sunt mai mari decât Soarele.

Stelele vecine cu Soarele

Cea mai apropiată stea se afla la 4,3 ani lumina si se numeste Proxima Centauri.

Obiectele cosmice din galaxie

Inca de la aparitia telescopului astronomii au observat anumite regiuni de pe cer in care se aflau grupuri stranse de stele. La o prima vedere parea ca aceste grupuri exista intr-adevar in spatiu, dar fara a determina distanta pana la stelele respective nu se putea spune cu siguranta.

Aceste grupuri stelare au primit numele de roiuri stelare.

S-au identificat doua feluri de roiuri, iar numele acestora a fost dat dupa aspectul vizual.

Roiuri deschise: aglomerari de stele fara o forma anume, ce pot avea pana in cateva sute de stele. Roiurile deschise contin stele de culoare alba sau albastra.

Roiul stelar deschis Hodge 301 (este aglomerarea de stele din dreapta jos a imaginii). Acest roi se afla situat in Norul Mare al lui Magellan, o galaxie satelit a galaxiei noastre. Stelele din roi sunt foarte tinere, avand varsta situata intre 20 si 25 milioane de ani. Ele sunt inca situate in nebuloasa din care s-au format, pe care o ilumineaza. Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Acknowledgment: Y-H. Chu (U. of Illinois), E. Grebel (U. of Washington)

Dupa culoarea stelelor s-a dedus ca sunt formate din stele tinere, nascute impreuna dintr-o nebuloasa. Uneori nebuloasa din care s-au nascut stelele se poate observa foarte aproape de roi. Acum, se stie ca roiurile deschise sunt grupuri de stele legate gravitational, formate din stele tinere. Aceste roiuri provin din nori imensi de gaz si praf, numiti crese stelare. Roiurile deschise sunt roiuri galactice ce se rotesc in jurul centrului galaxiei. Aceste roiuri se afla in planul glactic, in aceeasi regiune unde se gasesc si norii de praf interstelar. In unele regiuni se observa inca procesul de formare a stelelor, proces ce da nastere unor noi roiuri stelare. Majoritatea roiurilor deschise au o viata scurta in aceasta forma. Pe masura ce se rotesc in jurul centrului galactic, stelele din roi scapa de atractia gravitationala a celorlalte. Astfel, pe masura ce trece timpul roiul se disipa in galaxie. Un roi deschis are o viata medie de 100 milioane de ani. Pana acum se cunosc 1500 de asemenea obiecte.

Roiuri globulare: roiuri de stele, de forma sferica, ce contin intre 10.000 si 1.000.000 de stele.

Aceste roiuri sunt dispuse in jurul galaxiei noastre, intr-un halou, fiind concentrate in jurul centrului galactic. Studiile spectroscopice arata ca stelele din aceste roiuri contin multe elemente grele, avand o varsta inaintata. Se crede ca aceste roiuri s-au format inaintea stelelor din galaxia respectiva, dintr-o populatie de stele mai vechi, numita populatia II. Estimari recente de varsta, arata ca roiurile globulare au intre 12 si 20 miliarde de ani vechime. Majoritatea acestor obiecte se gasesc in jurul centrului galactic, proiectandu-se in constelatiile Sagittarius, Scorpius si Ophiucus. Roiurile globulare se rotesc in jurul centrului galactic, pe orbite excentrice, cu o viteza de 100 km/s. Ele nu iau parte la miscarea bratelor galaxie. Pana acum sunt catalogate 151 de roiuri globulare.

Roiul globular M92. Contine peste 100.000 de stele si se afla la 26.000 de ani lumina departare de Soare. Diametrul acestui roi este de 85 ani lumina. Se afla in constelatia Hercules. Credit: Daniel Bramich (ING) and Nik Szymanek

Asociatiile stelare

Dupa ce stelele dintr-un roi stelar deschis se disipa, aceastea urmeaza traiectorii asemanatoare care pot fi identificate. Aceste stele au primit numele de asociatii stelare.

Un exemplu este dat de stelele din Carul Mare. Acestea au o miscare proprie in aceeasi directie, cu aceeasi viteza. In compozitia lor s-au identificat aceleasi elemente ceea de dovedeste ca au aceeasi varsta. Toate stelele din Carul Mare s-au nascut acum 500.000.000 de ani. O alta asociatie stelara este cea formata din stelele din jurul stelei alpha Persei.

Grupul Ursa Major	Pleiadele
Toate stelele din imagine au câte o linie. Linia arată direcția în care se vor mișca setelele, iar mărimea ei viteza pe care o au. Stelele se mișcă împreună, cu aceeași viteză și în aceeași direcție dacă liniile sunt identice ca sens și mărime. Aceste stele fac parte dintr-o asociație stelară

Asociații stelare:

• grupul Ursa Major
• superroiul Hyade
• superroiul IC2391
• grupul Beta Pictoris
• grupul Castor
• grupul zeta Herculis

Studiul acestor roiuri este foarte important, pentru ca avand aceeasi varsta, diferitele proprietati ale stelelor din roi depind de masa sa. Studiind starea in care se afla o stea, stiindu-i varsta, si distanta pana la ea, putem determina masa ei.

Nebuloase

Termenul de nebuloasa vine din latinescul „nebula” (ceata). Prin observarea cerului prin instrumente astronomice s-au descoperit mici pete difuze, cetoase, ce au primit acest nume. Initial s-a folosit termenul pentru toate obiectele difuze, dar s-a renuntat la denumirea in acest mod a galaxiilor.

Nebuloasele pot fi clasificate in functie de modul in care sunt iluminate. Astfel avem:

Nebuloase difuze

• Nebuloase de emisie - nebuloase ce contin gaz ionizat; acest gaz face ca nebuloasa sa emita lumina; regiunile cu HII (dublu ionizat);
• Nebuloase de reflexie – sunt nebuloase iluminate de alte stele; exemplu este nebuloasa ce inconjoara roiul Pleiade;

Nebuloase planetare – sunt regiuni de gaz ce inconjoara o stea moarta;

Ramasitele de supernova – in urma exploziei unei stele, gazul acesteia se imprastie prin galaxie; acest gaz se ciocneste de gazul si praful interstelar;

Nebuloasele obscure – sunt nebuloase ce nu sunt iluminate; pot fi detectate in momentul in care se suprapun peste o nebuloasa difuza;

Regiunile in care se gaseste HII sunt adevarate crese stelare: acolo se formeaza stele din gazul si praful aflat in nebuloasa. In momentul exploziei unei supernove, unda de soc a acesteia face ca o parte din gaz sa colapsese (sa se adune) si sa formeze mici conglomeratii de gaz.

Nebuloasele planetare sunt formate din gaz si plasma, formate in urma ejectarii lente a straturilor de gaz ale unei stele foarte fierbinte. Gazele din nebuloasa se indeparteaza cu cativa km/s de stea. In acest ritm nebuloasa se disipa in 10.000. Nebuloasele planetare contribuie la imbogatirea mediului interstelar cu carbon, nitrogen si oxigen. Aceste elemente se numesc metale.

O nebuloasa planetara are cam 1 an lumina in diametru, gazul fiind foarte rarefiat (1000 particule pe cm2). Cam 1500 de nebuloase planetare exista in galaxia noastra.

Vecinatatea galactica

In jurul galaxiei noastra, orbiteaza alte cateva galaxii mici, numiti satelitii galaxiei. Aceste galaxii sunt galaxii pitice, ce nu contin mai mult de 3 miliarde de stele. Cei mai cunoscuti sateliti sunt Norii lui Magellan, vizibili cu ochiul liber din emisfera sudica. Până în prezent (1 ianuarie 2007) s-au descoperit 50 de sateliţi ai galaxiei noastre.

Grupul local face parte din super roiul de galaxii din Virgo.