Gravitācijas mijiedarbības, plūdu spēki un intensīva zvaigžņu veidošanās neregulārās formās
Ne visas galaktikas atbilst kārtīgām spirāļu vijumu vai gludu elipsu kontūrām, kas aprakstītas Hubble “sakabes dakšas” shēmā. Daļas – neregulāru galaktiku – formas ir haotiskas, struktūras izkropļotas, bieži notiek intensīvi zvaigžņu veidošanās epizodi. Šīs “neregulārās” galaktikas var būt gan mazas masas pundurgalaktikas, pastāvīgi traucētas, vai lielas, bet plūdu mijiedarbības dēļ smagi izkropļotas. Tomēr šādas galaktikas nav tikai izņēmums – tās atklāj, kā gravitācijas mijiedarbības un gāzu plūsmas var radīt, šķietami, nekārtīgu, taču dinamiski nozīmīgu zvaigžņu veidošanos. Šajā rakstā apskatīsim neregulāru galaktiku īpašības, to haotisko formu cēloņus un intensīvo zvaigžņu veidošanās vidi, kas tās bieži raksturo.
1. Neregulāru galaktiku definīcija
1.1 Novērojamās īpašības
Neregulāras galaktikas (saīsinājums “Irr”) nav ar skaidru diska, kodola vai elipsveida formu, kas raksturīgas spirālveida un elipsveida galaktikām. Novērojumos tās identificē pēc:
- Nesimetriskas, haotiskas formas – nav skaidras kodola–diska izvietojuma, daudz dažādu zvaigžņu veidošanās “mezglu”, nobīdītu reģionu vai daļēju loku.
- Putekļu joslu un gāzu uzkrājumu haotisku izvietojumu, bez acīmredzamas strukturālas kārtības.
- Bieži liela specifiska zvaigžņu veidošanās – zvaigžņu veidošanās ātrums, kas attiecas uz vienu zvaigžņu masas daļu, iespējams ar spilgtām H II zonām vai superzvaigžņu kopām.
Neregulāras galaktikas parasti ir mazākas un mazākas masas nekā vidējās spirālveida, lai gan ir izņēmumi [1]. Vēsturiski astronomi tās iedala Irr I (ar zināmu struktūru) un Irr II (pilnīgi amorfas).
1.2 No punduriem līdz peculiar formām
Lielākā daļa neregulāru ir mazas masas pundurgalaktikas, ar vāju gravitācijas potenciālu, viegli traucējamas. Citas varētu būt peculiar galaktikas, kas radušās sadursmju vai mijiedarbību rezultātā, izraisot zvaigžņu veidošanās uzliesmojumus vai paisuma atliekas. Neregulāro "jumts" plaši aptver objektus, kas neietilpst skaidrās spirālēs, elipsēs vai lēcu kategorijās.
2. Gravitācijas mijiedarbības un paisuma spēki
2.1 Vides ietekme
Neregulārām formām bieži impulsu dod grupu vai pulku vide, kur biežāk notiek tuvas sadursmes. Vai arī pietiek ar vienu tuvu mijiedarbību ar masīvu kaimiņu, lai stipri izkropļotu mazākas galaktikas disku, atstājot to "saplēstu" neregulārā formā:
- Paisuma astes vai loki rodas, kad kaimiņa gravitācija "izstiepj" zvaigznes un gāzes.
- Asimetrisks gāzu sadalījums var veidoties, ja sistēma daļēji tiek atrauta vai gāzu plūsmas tiek novirzītas citā virzienā.
2.2 Pavadoņu iznīcināšana
Hierarhiskajā Visumā mazākas pavadošās galaktikas bieži riņķo ap masīvākām (piemēram, Piena Ceļu), piedzīvojot atkārtotus paisuma satricinājumus, kas var izraisīt disku zudumu un pārvērš tās "bumbiņās". Galu galā šie pavadoņi var tikt pilnībā "sagremoti" vai integrēti galvenās galaktikas halojā, un to neregulārā forma norāda uz starpposma stāvokli [2].
2.3 Notiekošie saplūšanas procesi
„Saskarošās pāros“, kur sadursme ir progresējusi, galaktikas var izskatīties pilnīgi neregulāras ar spilgtu zvaigžņu veidošanās aktivizāciju. Ja masu attiecība ir liela, vairāk cietīs mazākā galaktika, zaudējot sākotnējo struktūru virpuļojošā gāzu un jaunu zvaigžņu kopu plūsmā.
3. Zvaigžņu veidošanās uzliesmojumi neregulārās
3.1 Lielas gāzu rezerves
Neregulāras galaktikas bieži satur salīdzinoši lielu gāzu daudzumu (īpaši pundurgalaktikas), kas nodrošina apstākļus zvaigžņu veidošanās straujai intensifikācijai, ja gāzes tiek saspiestas vai satricinātas. Sadarbības laikā gāzes var tikt novirzītas uz blīvām zonām, barojot jaunu zvaigžņu pulku veidošanos [3].
3.2 H II reģioni un „superzvaigžņu“ kopas
Neregulāras bieži satur spilgtas H II reģionus, kas netīši izkliedēti pa galaktiku. Dažas veido „superzvaigžņu“ (super star) kopas – masīvus, blīvus pulkus, kas var saturēt no desmitiem tūkstošu līdz miljonam zvaigžņu. Tie ir lokāli zvaigžņu veidošanās centri, kas var izpūst "superburbuļus" karstu gāzu, vēl vairāk izkropļojot galaktiku.
3.3 Vilfa–Radija (Wolf-Rayet) zvaigžņu pēdas un ļoti aktīva zvaigžņu veidošanās
Dažās neregulārās (piemēram, Vilfa–Radija tipa galaktikās) zvaigžņu populācijā ir daudz masīvu, īslaicīgu WR zvaigžņu, kas liecina par ļoti intensīvu un nesenu zvaigžņu veidošanos. Šāda stadija var būtiski mainīt galaktikas spožumu un spektru, pat ja kopējā masa paliek neliela.
4. Haotisku sadalījumu dinamika
4.1 Vāja vai nepietiekama rotācijas atbalsts
Atšķirībā no spirālveida galaktikām, daudzās neregulārās nav skaidras rotācijas ātruma lauka. Tā vietā kustību nosaka nejauši ātrumi, lokālas straumes vai daļēja rotācija. Pūcīšu neregulārajās galaktikās rotācijas līknes var veidoties lēni vai būt haotiskas vājās gravitācijas dēļ, turklāt plūdmaiņu efekti to var vēl vairāk izkropļot.
4.2 Gāzu virpuļi un atgriezeniskā saite
Aktīva zvaigžņu veidošanās piegādā enerģiju starpzvaigžņu vidē (supernovu sprādzieni, zvaigžņu vēji), radot plūsmas vai izvades. Vājā gravitācijas laukā šīs izvades vieglāk izplešas, veidojot neregulārus apvalkus vai pavedienus. Šāda atgriezeniskā saite ilgtermiņā var izpūst lielu daļu gāzu, apturot zvaigžņu veidošanos un atstājot zemu masas sistēmu.
4.3 Attīstība vai pārejas stadija
Bieži vien neregulāras galaktikas nozīmē īslaicīgu evolūcijas posmu, kamēr tās uzkrāj masu no gāzu akrecijas vai tuvojas pilnīgai iznīcināšanai vai iekļaušanai lielākā sistēmā. "Neregulārs" izskats var būt momentāns stāvoklis, kas atspoguļo nestabilu attīstību, nevis pastāvīgu morfoloģisku stāvokli [4].
5. Slaveni neregulāru galaktiku piemēri
5.1 Lielais un Mazais Magelāna Mākoņi (L/SMC)
No Dienvidu puslodes redzamie Piena Ceļa pavadoņi ir klasiskas pūcīšu neregulāras galaktikas ar slīpām joslām, izkaisītiem zvaigžņu veidošanās mezgliem un pastāvīgām mijiedarbībām ar mūsu Galaktiku. Tā ir tuvākā, augstas izšķirtspējas laboratorija, kur var pētīt neregulāras struktūras, zvaigžņu kopas un plūdmaiņu spēku ietekmi [5].
5.2 NGC 4449
NGC 4449 – spilgta pūcīšu zvaigžņu veidošanās neregulāra galaktika, kas izceļas ar bagātīgām H II zonām un jaunām zvaigžņu kopām, kas izkliedētas pa disku. Saskarsme ar tuvējām galaktikām, visticamāk, ir izraisījusi gāzu kustību un veicinājusi intensīvu zvaigžņu veidošanās aktivizēšanos.
5.3 Neparastas sistēmas apvienošanās laikā
Galaktikās, piemēram, Arp 220 vai NGC 4038/4039 („Ūsorių galaktikos“), var būt neregulāra izskata intensīvu apvienošanās izraisītu zvaigžņu veidošanās uzliesmojumu un plūdmaiņu deformāciju dēļ – taču ilgtermiņā tās var "nomierināties" un kļūt par eliptisku vai diska objektu atliekām.
6. Veidošanās scenāriji
6.1 Pundurgalaktiku neregulārās un kosmiskās gāzes
Pundurgalaktiku neregulārās varbūt ir "sākotnējās" sistēmas, kas nav ieguvušas pietiekamu masu vai leņķisko momentu stabilam diskam veidot vai jau ir piedzīvojušas ārēju ietekmi. Pateicoties lielam gāzu daudzumam, iespējami periodiski zvaigžņu veidošanās viļņi, kas lokāli rada spilgtas jaunu zvaigžņu zonas.
6.2 Saskares un izkropļojumi
Spirālveida vai lēcveida galaktikas var kļūt neregulāras, ja tās ir būtiski ietekmētas:
- Tuvās šķērsošanās: Plūdmaiņu astes vai daļēja iznīcināšana.
- Nelieli/lieli saplūšanas: Kad disks nav pilnībā iznīcināts, bet sāk izskatīties haotisks.
- Pastāvīga gāzu akrecija: Ja plūsmas asimetriski piegādā gāzes, galaktikas disks var nekad neizveidot "kārtīgu" struktūru.
6.3 Pārejas stāvokļi
Dažas neregulāras galaktikas vēlāk var kļūt par pundurgalaktiku sfēroīdām, ja zvaigžņu veidošanās apstājas un atlikušās gāzes tiek izpūstas supernovu vējos, atstājot izplūdušu, vecu zvaigžņu sistēmu. Vai arī neregulārā var pievienot vairāk masu un stabilizēties par ierastāku spirālveida formu, ja tiek iegūts leņķiskais moments un disks "sakārtojas" [6].
7. Zvaigžņu veidošanās saistības
7.1 Kennicutt–Schmidt likums
Lai gan neregulārām parasti ir mazāka kopējā masa, tās var rādīt augstu zvaigžņu veidošanās intensitāti uz kvadrātmetru. Bieži tiek ievērots Kennicutt–Schmidt likums (SFR ∝ Σgasn), kur n ≈ 1.4. Blīvās zvaigžņu veidošanās zonās augsts molekulāro gāzu blīvums ievērojami pastiprina SFR intensitāti.
7.2 Metālu variācijas
Pateicoties periodiskām zvaigžņu veidošanās viļņiem, neregulārām galaktikām var būt nevienmērīga vai specifiska metālu sadalījuma struktūra, ar ķīmiskām nevienmērībām, kas rodas no nevienmērīgas sajaukšanās vai pūstoša vēja. Novērojot šos metālu rakstus, var izsekot zvaigžņu veidošanās vēsturi un gāzu kustību.
8. Novērojumu un teorētiskie skatījumi
8.1 Tuvās pundurgalaktiku neregulārās
Tādas sistēmas kā Magelāna mākonis, IC 10, IC 1613 ir tuvās pundurgalaktikas, kuras pēta ļoti detalizēti ar Hubble vai zemes teleskopiem. Tajās tiek pētītas zvaigžņu kopu populācijas, H II struktūras, starpzvaigžņu vides dinamika. Tās ir lieliski mērķi zvaigžņu veidošanās pētījumiem mazās masas, zemu metālu vidē.
8.2 Lielā sarkanā nobīdes analogi
Agrīnajā Visumā (z>2) daudzas galaktikas izskatījās "kūciņas" vai neregulāras, liecinot, ka ievērojama kosmiskās zvaigžņu veidošanās varēja notikt nestabilās vai traucētās struktūrās. Mūsdienu ierīces (JWST, lieli zemes teleskopi) atklāj daudz augsta z galaktiku, kas neietilpst klasiskajos diska/elipses rāmjos, līdzīgi kā vietējās neregulārās, bet ar lielāku masu vai zvaigžņu veidošanās ātrumu.
8.3 Simulācijas
Kosmoloģiskās simulācijas apvieno gāzu dinamiku un atgriezenisko saiti, ļaujot veidoties neregulāriem pundurgalaktiku, plūdmaiņu pundurgalaktiku vai zvaigžņu veidošanās “mezgliem”, kas atgādina novērotās neregulārās galaktikas. Šie modeļi parāda, kā pat nelielas atšķirības gāzu akrecijā, atgriezeniskajā enerģijā vai vidē var saglabāt vai izjaukt galaktiku morfoloģisko kārtību [7].
9. Secinājumi
Neregulārās galaktikas atspoguļo galaktiku evolūcijas “haotisko” pusi – to formas ir nekārtīgas, zvaigžņu veidošanās centri izvietoti fragmentāri, un morfoloģiju ietekmē plūdmaiņu spēki, mijiedarbības un zvaigžņu veidošanās “uzliesmojumi”. No tuvām pundurgalaktiku paraugām (Magelāna Mākoņi) līdz tāliem zvaigžņu veidošanās uzliesmojumiem agrīnajā Visumā, neregulārās atklāj, kā ārējie gravitācijas traucējumi un iekšējā atgriezeniskā saite var veidot galaktikas, neskatoties uz ierastajām Hablja kategorijām.
Ar mūsu izpratnes pieaugumu, balstoties uz daudzviļņu novērojumiem un progresīvām simulācijām, neregulārās galaktikas kļūst neaizstājamas, lai saprastu:
- Zemas masas galaktiku attīstību grupu un kopu vidē,
- Saskares lomu, veicinot zvaigžņu veidošanos,
- Pārejošas morfoloģiskās stadijas Visuma “kosmiskajā zooloģijas dārzā”, kas parāda, kā galaktikas var pāriet no vienas kategorijas uz citu, ietekmējot plūdmaiņas un atgriezeniskās saites.
Tātad neregulārās galaktikas liecina par spēcīgu gravitācijas traucējumu un zvaigžņu veidošanās aktivitātes saistību, atklājot iespaidīgākos – un zinātniski nozīmīgākos – attēlus gan tuvējā, gan tālākajā Visumā.
Nuorodos ir platesnis skaitymas
- Holmberg, E. (1950). “Galaktiku klasifikācijas sistēma.” Arkiv för Astronomi, 1, 501–519.
- Mateo, M. (1998). “Lokālās grupas pundurgalaktikas.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 36, 435–506.
- Hunter, D. A. (1997). “Neregulāro galaktiku zvaigžņu veidošanās īpašības.” Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 109, 937–949.
- Gallagher, J. S., & Hunter, D. A. (1984). “Zvaigžņu veidošanās vēsture un gāzes saturs neregulārās galaktikās.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 22, 37–74.
- McConnachie, A. W. (2012). “Novērotās pundurgalaktiku īpašības Lokālās grupas iekšienē un apkārtnē.” The Astronomical Journal, 144, 4.
- Tolstoy, E., Hill, V., & Tosi, M. (2009). “Zvaigžņu veidošanās pundurgalaktikas.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 47, 371–425.
- Elmegreen, B. G., Elmegreen, D. M., & Leitner, S. N. (2003). “Zvaigžņu veidošanās uzliesmojumi un mirgošana zemas masas galaktikās: zvaigžņu veidošanās vēsture un evolūcija.” The Astrophysical Journal, 590, 271–277.