Quelle est la distance jusqu'à la galaxie la plus éloignée ? L'étoile la plus lointaine de notre galaxie.
Le télescope spatial Hubble a capturé la lumière de la galaxie la plus lointaine, et donc la plus ancienne de toutes. connu de la scienceà ce jour.
Le système stellaire porte le nom de code z8_GND_5296, a une masse équivalente à 1,3 milliard de masses solaires et est situé en direction de la constellation de la Grande Ourse, à 13,1 milliards d'années-lumière. En raison de sa distance par rapport à la Terre, il serait impossible de le voir à travers un télescope optique. Pour détecter le rayonnement, les scientifiques ont utilisé des instruments détectant la lumière proche infrarouge.
Après avoir reçu les premières données, les chercheurs les ont revérifiées à l'aide des télescopes de l'observatoire Keck et ont confirmé l'emplacement de la galaxie.
"Il est impossible d'observer des objets aussi éloignés à l'aide de télescopes optiques. Ils ne nous sont plus invisibles. Tous les rayonnements visibles sont déplacés vers le proche infrarouge", explique l'auteur principal de l'étude, Steven Finkelstein, de l'Université du Texas à Austin.
Le phénomène observé s'appelle l'effet Doppler : les objets qui s'éloignent de nous apparaissent rougeâtres, et ceux qui s'en rapprochent apparaissent bleutés. Le décalage infrarouge indique non seulement que la galaxie observée est très éloignée de nous, mais aussi.
Curieusement, le système stellaire z8_GND_5296 était le seul des 43 candidats pour les galaxies lointaines à avoir clairement observé les raies d'hydrogène, nécessaires à l'identification d'un objet cosmique.
Ainsi, les scientifiques sont confrontés à la question de histoire ancienne Univers : À quelle vitesse la lumière des premières galaxies pouvait-elle voyager à travers des nuages d’hydrogène gazeux intergalactique sans se disperser ?
Pour détecter la lumière traversant les nuages de l’Univers primitif, l’hydrogène doit être ionisé. Mais le paradoxe est que, selon les théories astrophysiques classiques, les processus d'ionisation ont été provoqués précisément par la première génération de galaxies.
« L’observation des galaxies lointaines est particulièrement intéressante. Parce que la vitesse de la lumière est limitée, nous voyons à travers un télescope le moment où le rayonnement de ces objets vient d’être émis. En fait, nous regardons à travers l’espace et le temps aux tout premiers stades de leur émission. l'existence de l'Univers », déclare le co-auteur de l'étude Dominik Riechers de l'Université Cornell.
Dans ce cas, la lumière émise par la galaxie z8_GND_5296 mettra 13,1 milliards d’années pour atteindre la Terre, alors que l’âge de l’Univers lui-même est d’un peu moins de 13,8 milliards d’années. Ainsi, les astrophysiciens ont vu l’Univers à travers un télescope alors qu’il n’avait que 700 millions d’années.
Mais l’âge était loin d’être le seul trait distinctif galaxies z8_GND_5296. Selon un communiqué de presse, elle produit de nouvelles étoiles à un rythme étonnant d'environ 330 masses solaires par an, soit 100 fois le taux de formation d'étoiles de la Voie lactée.
"Dans l'Univers primitif, les étoiles sont peut-être nées à un rythme beaucoup plus rapide que nous le pensions", écrit Finkelstein dans un article sur la recherche publiée dans la revue Nature.
De plus, Finkelstein et ses collègues ont été étonnés de la quantité d’oxygène et d’autres éléments « lourds » présents dans cette galaxie. Auparavant, on pensait qu'un tel nombre d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium n'auraient tout simplement pas le temps de se former en si peu de temps.
Les chercheurs ont trouvé une explication logique à ce phénomène grâce à l'analyse des données obtenues par le télescope Spitzer de la NASA. La galaxie z8_GND_5296 contient très probablement des traces d'explosions d'étoiles géantes, au cœur desquelles des éléments lourds ont déjà été synthétisés. Ces étoiles, selon toute vraisemblance, étaient les premières de la galaxie, et.
"C'est intéressant que la part du lion les éléments lourds se sont formés à des stades très précoces de l’existence des temps », s’émerveille Finkelstein.
A noter qu'avant la découverte de la galaxie z8_GND_5296, le système stellaire le plus ancien était considéré comme celui qui s'était formé 740 millions d'années après le Big Bang. La raison pour laquelle la galaxie la plus éloignée de l'Univers n'avait pas été découverte auparavant est qu'une étoile massive a explosé en route vers elle et a éclipsé la « vieille dame » de sa lumière.
Cependant, les scientifiques ont réalisé ce qu’ils ont accompli. Mais pour explorer des époques encore plus lointaines, ils devront remplacer le télescope Hubble par quelque chose de plus puissant. Une excellente alternative serait le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2018.
L'univers est immense et fascinant. Il est difficile d’imaginer à quel point la Terre est petite comparée aux abysses cosmiques. La meilleure hypothèse des astronomes est qu’il existe 100 milliards de galaxies, et que la Voie lactée n’est que l’une d’entre elles. Quant à la Terre, il existe 17 milliards de planètes similaires rien que dans la Voie lactée... et c'est sans compter d'autres qui sont radicalement différentes de notre planète. Et parmi les galaxies connues des scientifiques aujourd'hui, il y en a des très inhabituelles.
1.Messier 82
Messier 82 ou simplement M82 est une galaxie cinq fois plus lumineuse que la Voie Lactée. Cela est dû à la naissance très rapide de jeunes étoiles - elles apparaissent 10 fois plus souvent que dans notre galaxie. Les panaches rouges émanant du centre de la galaxie sont de l’hydrogène enflammé éjecté du centre de M82.
2. Galaxie Tournesol
Anciennement connue sous le nom de Messier 63, cette galaxie a été surnommée le Tournesol car elle semble tout droit sortie d'un tableau de Vincent Van Gogh. Ses « pétales » brillants et sinueux sont composés d’étoiles géantes bleu-blanc nouvellement formées.
3.MACS J0717
MACS J0717 est l'une des galaxies les plus étranges connues des scientifiques. Techniquement, il ne s'agit pas d'un seul objet stellaire, mais d'un amas de galaxies - MACS J0717 a été formé par la collision de quatre autres galaxies. De plus, le processus de collision dure depuis plus de 13 millions d’années.
4. Messier 74
Si le Père Noël avait une galaxie préférée, ce serait clairement Messier 74. Les astronomes y pensent souvent pendant les vacances de Noël, car la galaxie ressemble beaucoup à la couronne de l'Avent.
5. Baby-boom galactique
Située à environ 12,2 milliards d’années-lumière de la Terre, la galaxie du baby-boom a été découverte en 2008. Il tire son surnom du fait que de nouvelles étoiles y naissent incroyablement rapidement - environ toutes les 2 heures. Par exemple, dans la Voie Lactée nouvelle étoile apparaît en moyenne tous les 36 jours.
6. Voie lactée
Notre Voie lactée (qui contient le système solaire et, par extension, la Terre) est véritablement l’une des galaxies les plus remarquables connues des scientifiques de l’Univers. Il contient au moins 100 milliards de planètes et environ 200 à 400 milliards d’étoiles, dont certaines comptent parmi les plus anciennes de l’univers connu.
7. IDCS1426
Grâce à l'amas de galaxies IDCS 1426, nous pouvons aujourd'hui voir à quoi ressemblait l'Univers, deux tiers plus jeune qu'il ne l'est aujourd'hui. IDCS 1426 est l'amas de galaxies le plus massif de l'Univers primitif, avec une masse d'environ 500 000 milliards de Soleils. Le noyau de gaz bleu vif de la galaxie est le résultat de la collision des galaxies de cet amas.
8. Je Zwicky 18
La galaxie naine bleue I Zwicky 18 est la plus jeune galaxie connue. Son âge n’est que de 500 millions d’années (l’âge de la Voie lactée est de 12 milliards d’années) et il est essentiellement à l’état embryonnaire. Il s’agit d’un nuage géant d’hydrogène froid et d’hélium.
9. NGC 6744
NGC 6744 est une grande galaxie spirale qui, selon les astronomes, est l'une des plus similaires à notre Voie Lactée. La galaxie, située à environ 30 millions d’années-lumière de la Terre, possède un noyau allongé et des bras spiraux remarquablement similaires à ceux de la Voie lactée.
10. NGC 6872
La galaxie, connue sous le nom de NGC 6872, est la deuxième plus grande galaxie spirale jamais découverte par les scientifiques. De nombreuses régions de formation d’étoiles actives y ont été découvertes. Comme NGC 6872 n’a pratiquement plus d’hydrogène libre pour former des étoiles, elle l’aspire de la galaxie voisine IC 4970.
11. MACS J0416
Située à 4,3 milliards d'années-lumière de la Terre, la galaxie MACS J0416 ressemble davantage à une sorte de spectacle de lumière dans une discothèque chic. En fait, derrière le violet vif et fleurs roses un événement aux proportions colossales est caché : une collision de deux amas de galaxies.
12. M60 et NGC 4647 - paire galactique
Bien que les forces gravitationnelles attirent la plupart des galaxies les unes vers les autres, rien ne prouve que cela se produise avec les voisines Messier 60 et NGC 4647, ni aucune preuve qu'elles s'éloignent les unes des autres. Comme un couple vivant ensemble il y a longtemps, ces deux galaxies courent côte à côte dans un espace froid et sombre.
13. Messier 81
Située près de Messier 25, Messier 81 est une galaxie spirale avec en son centre un trou noir supermassif qui fait 70 millions de fois la masse du Soleil. M81 abrite de nombreuses étoiles bleues éphémères mais très chaudes. L'interaction gravitationnelle avec M82 a entraîné la formation de panaches d'hydrogène gazeux s'étendant entre les deux galaxies.
Il y a environ 600 millions d'années, les galaxies NGC 4038 et NGC 4039 se sont écrasées, déclenchant un échange massif d'étoiles et de matière galactique. En raison de leur apparence, ces galaxies sont appelées antennes.
15. Galaxie Sombrero
La galaxie du Sombrero est l’une des plus populaires parmi les astronomes amateurs. Elle tire son nom du fait qu'elle ressemble à cette coiffe grâce à son noyau brillant et son grand renflement central.
16. 2MASX J16270254 + 4328340
Cette galaxie, floue sur toutes les photographies, est connue sous le nom assez complexe 2MASX J16270254 + 4328340. À la suite de la fusion de deux galaxies, un « fin brouillard composé de millions d'étoiles » s'est formé. On pense que ce « brouillard » se dissipe lentement à mesure que la galaxie atteint la fin de sa durée de vie.
17. NGC 5793
Pas trop étrange (bien que très belle) à première vue, la galaxie spirale NGC 5793 est mieux connue pour son un phénomène rare: masers. Les gens connaissent les lasers, qui émettent de la lumière dans la région visible du spectre, mais peu connaissent les masers, qui émettent de la lumière dans la gamme des micro-ondes.
18. Galaxie triangulaire
La photo montre la nébuleuse NGC 604, située dans l'un des bras spiraux de la galaxie Messier 33. Plus de 200 étoiles très chaudes chauffent l'hydrogène ionisé de cette nébuleuse, le rendant fluorescent.
19. NGC 2685
NGC 2685, aussi parfois appelée galaxie spirale, est située dans la constellation de la Grande Ourse. En tant que l'une des premières galaxies à anneaux polaires découvertes, NGC 2685 possède un anneau externe de gaz et d'étoiles en orbite autour des pôles de la galaxie, ce qui en fait l'une des galaxies les plus fascinantes. variétés rares galaxies. Les scientifiques ne savent toujours pas ce qui cause la formation de ces anneaux polaires.
20. Messier 94
Messier 94 ressemble à un terrible ouragan retiré de son orbite terrestre. Cette galaxie est entourée d’anneaux bleu vif d’étoiles en formation active.
21. Amas de Pandore
Anciennement connue sous le nom d'Abell 2744, cette galaxie a été surnommée l'amas de Pandore en raison d'un certain nombre de phénomènes étranges résultant de la collision de plusieurs amas de galaxies plus petits. Il y a un véritable chaos à l’intérieur.
22. NGC 5408
Ce qui ressemble davantage à un gâteau d'anniversaire coloré sur les photos est une galaxie irrégulière dans la constellation du Centaure. Il se distingue par le fait qu’il émet des rayons X extrêmement puissants.
23. Galaxie du tourbillon
La galaxie du Tourbillon, officiellement connue sous le nom de M51a ou NGC 5194, est suffisamment grande et suffisamment proche de la Voie lactée pour être visible dans le ciel nocturne même avec des jumelles. Elle fut la première galaxie spirale à être classée et présente un intérêt particulier pour les scientifiques en raison de son interaction avec la galaxie naine NGC 5195.
24.SDSS J1038+4849
L'amas de galaxies SDSS J1038+4849 est l'un des amas les plus attractifs jamais découverts par les astronomes. Il ressemble à un vrai visage souriant dans l'espace. Les yeux et le nez sont des galaxies, et la ligne courbe de la « bouche » est due aux effets de lentille gravitationnelle.
25. NGC3314a et NGC3314b
Bien que ces deux galaxies semblent entrer en collision, il s’agit en réalité d’une illusion d’optique. Il y a des dizaines de millions d'années-lumière entre eux.
Des astronomes de la Texas A&M University et de l’Université du Texas à Austin ont découvert la galaxie la plus éloignée que nous connaissions. Selon la spectrographie, il est situé à une distance d'environ 30 milliards d'années-lumière du système solaire (ou de notre Galaxie, ce qui dans ce cas n'est pas si important, car le diamètre de la Voie Lactée n'est que de 100 mille années-lumière).
L'objet le plus éloigné de l'Univers a reçu le nom romantique z8_GND_5296.
"C'est excitant de savoir que nous sommes les premiers au monde à le voir", a déclaré Vithal Tilvi, PhD, co-auteur de l'article, qui a maintenant été publié en ligne (pour consulter gratuitement travaux scientifiques utilisez sci-hub.org).
La galaxie découverte z8_GND_5296 s'est formée 700 millions d'années après le Big Bang. En fait, nous le voyons dans cet état maintenant, car la lumière de la nouvelle galaxie ne nous atteint que maintenant, après avoir parcouru une distance de 13,1 milliards d'années-lumière. Mais comme au cours du processus l'Univers s'est élargi, à l'heure actuelle, comme le montrent les calculs, la distance entre nos galaxies est de 30 milliards d'années-lumière.
Ce qui est intéressant à propos des galaxies nouveau-nées, c’est qu’il existe un processus actif de formation de nouvelles étoiles. Si dans notre Voie Lactée une nouvelle étoile apparaît par an, alors dans z8_GND_5296 - environ 300 par an. Nous pouvons désormais observer en toute sécurité ce qui s’est passé il y a 13,1 milliards d’années grâce aux télescopes.
Âge galaxies lointaines peut être déterminé par le redshift cosmologique, provoqué, entre autres, par l'effet Doppler. Plus un objet s'éloigne rapidement de l'observateur, plus l'effet Doppler se manifeste. Le Galaxy z8_GND_5296 a montré un redshift de 7,51. Une centaine de galaxies ont un redshift supérieur à 7, ce qui signifie qu'elles se sont formées avant que l'Univers n'ait 770 millions d'années, et le précédent record était de 7,215. Mais seules quelques galaxies voient leur distance confirmée par spectrographie, c'est-à-dire par la raie spectrale Lyman alpha (plus d'informations ci-dessous).
Le rayon de l'Univers est d'au moins 39 milliards d'années-lumière. Cela semble contredire l’âge de l’Univers de 13,8 milliards d’années, mais il n’y a pas de contradiction si l’on prend en compte l’expansion de la structure de l’espace-temps elle-même : il n’y a pas de limite de vitesse pour ce processus physique.
Les scientifiques ne comprennent pas vraiment pourquoi il n'est pas possible d'observer d'autres galaxies âgées de moins d'un milliard d'années. Les galaxies lointaines sont observées par une manifestation claire de la raie spectrale L α (Lyman alpha), qui correspond à la transition d'un électron du deuxième niveau d'énergie au premier. Pour une raison quelconque, dans les galaxies de moins d’un milliard d’années, la raie alpha de Lyman semble de plus en plus faible. Une théorie est que c’est à cette époque que l’Univers est passé d’un état opaque avec de l’hydrogène neutre à un état translucide avec de l’hydrogène ionisé. Nous ne pouvons tout simplement pas voir les galaxies cachées dans un « brouillard » d’hydrogène neutre.
Comment z8_GND_5296 a-t-il pu percer le brouillard d'hydrogène neutre ? Les scientifiques pensent qu’il a ionisé l’environnement immédiat, permettant ainsi aux protons de passer à travers. Ainsi, z8_GND_5296 est la toute première galaxie connue à notre connaissance qui a émergé du désordre opaque d'hydrogène neutre qui a rempli l'Univers au cours des premières centaines de millions d'années après le Big Bang.
Les astronomes doivent s’intéresser aux corps les plus grands, les plus massifs et les plus éloignés qui existent dans la nature. Par conséquent, ils sont habitués à des échelles gigantesques et à des nombres énormes.
Il nous est difficile d'imaginer visuellement les distances, même par rapport aux corps célestes proches. L’étoile la plus proche de nous, le Soleil, se trouve à environ 150 millions de kilomètres de nous. Compter jusqu’à 150 millions, en prononçant un chiffre toutes les secondes, prendrait environ cinq ans. Cependant, la distance au Soleil est négligeable comparée aux distances entre les étoiles. L'étoile la plus proche de nous est près de 260 000 fois plus loin que le Soleil. Mais même ces nombres comportant de nombreux zéros doivent être considérés comme petits lorsque nous parlons de sur les distances entre les amas géants d'étoiles - les galaxies.
Les galaxies sont si éloignées de nous qu’à l’exception de quelques-unes des plus proches, elles ne peuvent être observées avec aucun télescope. Ils sont généralement étudiés à l'aide de photographies astronomiques ou de récepteurs électroniques. La luminosité des galaxies, leur taille, leur forme, leur structure et leur position dans le ciel sont déterminées à partir de photographies. Regardez à quel point les galaxies sont diverses (Figure 2-9).
Riz. 1. La partie centrale de l'amas de galaxies dans la constellation d'Hercule (négatif).
En fonction de leur apparence, ils peuvent être grossièrement divisés en trois types : elliptiques (ils sont visibles sous forme de points lumineux ovales), en spirale (des branches en spirale y sont visibles) et irréguliers, semblables à des nuages informes.
Fig 2. La nébuleuse d'Andromède est la galaxie spirale la plus proche de nous
Pourquoi les galaxies sont-elles si différentes les unes des autres ?
Des études ont montré que leur forme dépend de la composition stellaire, de l’âge et de l’intensité de la formation d’étoiles.
Les galaxies à bras spiralé sont principalement composées d’étoiles jeunes et très brillantes et de nuages de gaz. Les nuages brillent sous l'influence des rayons ultraviolets émis par ces étoiles.
Figure 3. Galaxie spirale barrée Des nuages de gaz s'effondrent lentement sous l'influence propre force la gravité, de nouvelles générations d’étoiles se forment. Mais dans la composition des galaxies spirales, il y en a beaucoup d'anciennes qui ne sont plusétoiles brillantes
. Il n'y a presque pas de gaz dans les galaxies elliptiques ; la formation d'étoiles y a cessé depuis longtemps, elles sont donc composées principalement d'étoiles vieilles de plusieurs milliards d'années. Les étoiles deviennent plus rouges en vieillissant, rendant les galaxies elliptiques plus rouges que les galaxies spirales.
Les galaxies irrégulières, au contraire, sont souvent très bleues, car elles contiennent encore plus d'étoiles jeunes que les galaxies spirales. Ils contiennent également davantage de gaz interstellaire, à partir duquel la formation d’étoiles se poursuit.
Figure 4. Galaxie spirale Il existe des galaxies aux formes très étranges et bizarres (appelées galaxies particulières) ; elles sont souvent difficiles à classer dans n'importe quel type. Voici, par exemple, une galaxie (Fig. 8), dont le corps elliptique est entrelacé de bandes de matière claire et de bandes sombres de poussière. Personne ne peut encore expliquer comment ces détails se sont formés. Les galaxies peuvent être appariées, et leur proximité affecte souvent leur
On ne sait pas exactement depuis combien de temps ces appendices se sont formés, quelle est leur nature ou pourquoi ils ne tombent pas sur la galaxie. Un rôle majeur dans leur apparition est sans doute joué par les champs magnétiques traversant les galaxies et le milieu gazeux environnant.
L’existence de galaxies si différentes les unes des autres est due au fait qu’elles se sont formées conditions différentes. La plupart des chercheurs pensent que les galaxies se sont condensées à partir d’énormes nuages de gaz, principalement de l’hydrogène, qui remplissaient autrefois tout l’espace. Ces nuages - protogalaxies - différaient les uns des autres par leur masse, leur taille, leur vitesse de rotation autour de leur axe et la force du champ magnétique interne. De ceux-ci caractéristiques physiques
Cela dépend beaucoup de la rapidité et des endroits où le nuage commencera à se fragmenter en nuages plus petits, formant des étoiles, et donc de l'apparence qu'aura la galaxie.
Les astronomes ont appris à étudier le mouvement des galaxies, même si cela est loin d’être une tâche facile. En raison des énormes distances, nous voyons tous les processus cosmiques comme au ralenti. Même si nous observons une explosion dans une galaxie où des masses de gaz se déplacent à une vitesse de plusieurs milliers de kilomètres par seconde, nos lointains descendants verront dans des milliers d’années la même image que nous, comme si le gaz n’avait pas bougé. Le mouvement des galaxies s’apprend en étudiant leur spectre. Le spectre de la galaxie ressemble à une étroite bande lumineuse, coupée par des raies d'absorption sombres appartenant à différentes.
éléments chimiques
L'effet dit Doppler est connu depuis longtemps en physique (voir page 14).
En mesurant les longueurs d’onde des raies spectrales du spectre des galaxies, les scientifiques apprennent comment les galaxies se déplacent.
Mais d’abord, il reste un problème à résoudre : déterminer la distance à la galaxie. Plusieurs méthodes sont utilisées pour cela. Vous pouvez comparer la luminosité visible d'étoiles individuelles de la galaxie étudiée et des mêmes étoiles, mais proches de nous, incluses dans notre Galaxie, dont les distances sont connues. Si les étoiles individuelles sont impossibles à distinguer, la distance peut être estimée par la luminosité apparente ou la taille apparente de la galaxie dans son ensemble. Mais c'est une méthode très grossière et en l'utilisant, vous pouvez commettre plusieurs erreurs.
Figure 6. Galaxie elliptique
Il existe une méthode qui permet d'obtenir le spectre d'une galaxie lointaine et de connaître la distance avec beaucoup plus de précision. Le fait est que nous vivons à une époque où se produit ce qu'on appelle l'expansion de l'Univers (voir l'article « L'Univers hier, aujourd'hui et demain ») : les galaxies s'éloignent de nous et les unes des autres. C'est possible
Riz. 7. Galaxie irrégulière - Grand Nuage de Magellan.
prouver par le déplacement des raies d’absorption de leurs spectres.
Plus la vitesse de suppression est élevée, plus le décalage vers le rouge est important. À la fois de la théorie (qui, soit dit en passant, prédisait la distance des galaxies les unes par rapport aux autres avant que les observations ne le montrent) et des observations astronomiques de galaxies lointaines, il s'ensuit que l'ampleur du redshift (ou la vitesse à laquelle les galaxies se déplacent loin) est proportionnelle aux distances qui les séparent.
Par exemple, si une galaxie s’éloigne de nous à une vitesse de 2 000 km/s et une autre à 6 000 km/s, alors la seconde devrait être trois fois plus éloignée de la première.
Les scientifiques ont découvert que pour calculer la distance à la galaxie en mégaparsecs (1 mégaparsec équivaut à environ 3 millions d'années-lumière), la vitesse en kilomètres par seconde doit être divisée par environ cent.
Par exemple, les distances aux galaxies discutées sont de 20 et 60 mégaparsecs.
Riz. 8. Galaxie particulière de forme inhabituelle.
Des signaux radio arrivent constamment sur Terre depuis l'espace, mais ils sont si faibles qu'il a fallu créer des instruments spéciaux pour les détecter - des radiotélescopes dotés d'énormes antennes et de puissants amplificateurs. Leur sensibilité vraiment fantastique leur permet de détecter de manière fiable les émissions radio provenant non seulement de la nôtre, mais également d'autres galaxies. Pour tourner la page de ce livre, il n’est guère nécessaire de dépenser plus d’énergie que l’énergie des ondes radio reçues de l’espace intergalactique par tous les radiotélescopes du monde réunis dans toute l’histoire de la radioastronomie.
Nous sommes habitués au fait que les ondes radio sont généralement générées par des équipements complexes.
Mais il s’avère que tout corps est une station de radio naturelle. Plus la température du corps est élevée, plus sa taille est grande, plus le flux de ses ondes radio est fort. Les radioastronomes reçoivent des émissions radio thermiques même en provenance de planètes lointaines et froides, comme Uranus ou Neptune (voir l'article « Stations spatiales et ondes radio - à propos de nos voisins célestes »). Notre Terre émet également des ondes radio, bien que lorsqu'on l'observe depuis d'autres planètes, le flux d'ondes radio non naturelles, mais celles provenant des stations de radio, serait plus fort. La source d'ondes radio « la plus brillante » au monde système solaire , bien sûr, le Soleil, en particulier la partie externe de son atmosphère - la couronne, chauffée à un million de degrés. D'autres étoiles émettent également des ondes radio, mais les distances qui les séparent sont si grandes que nous ne sommes pas en mesure de détecter l'émission radio, même des plus grandes.étoile proche
(ce n'est que récemment que plusieurs étoiles inhabituelles dont les émissions radio peuvent être détectées ont été découvertes). Il existe dans notre Galaxie des stations de radio naturelles plus puissantes que les étoiles.
Par exemple, les nuages de gaz interstellaire ténus, fortement chauffés par les étoiles chaudes, sont des sources d’émission radio thermique, que nous pouvons capter même à une distance de plusieurs milliers d’années-lumière.
D'où viennent-ils ? Comment accélèrent-ils jusqu’à des vitesses presque égales à la vitesse de la lumière ? C'est probablement question principale l'astrophysique moderne, et aucune réponse définitive n'a été reçue. Les astrophysiciens sont de plus en plus enclins à croire qu'une part importante des rayons cosmiques est émise par les noyaux de certaines galaxies, de petites formations lumineuses de nature encore inconnue.
Une partie importante des rayons cosmiques se forme lors des explosions catastrophiques de supernovae, qui se produisent dans les galaxies en moyenne une fois tous les cent ans. Une explosion de supernova peut être si forte qu'au moment de sa luminosité maximale, l'étoile peut rivaliser en luminosité avec des milliards d'étoiles ordinaires !
Les explosions de supernova ne passent pas sans laisser de trace. Des milliers d’années après l’explosion, une nébuleuse gazeuse en expansion peut être observée sur le site de l’explosion de l’étoile. On connaît environ une douzaine de ces nébuleuses - traces d'anciennes catastrophes. Depuis l'invention du télescope, personne n'a vu une explosion de supernova dans notre Galaxie, mais les observations de leurs restes montrent que pendant des centaines d'années, elles continuent à « produire » des rayons cosmiques et constituent les stations radio les plus puissantes des galaxies.
Actuellement, des émissions radio provenant d’une centaine de galaxies les plus proches de nous ont été détectées. Leurs images radio ne se ressemblent pas. Certains seulement partie centraleémet des ondes radio ; pour d’autres, l’émission radio provient d’une zone encore plus vaste que la galaxie elle-même.
En règle générale, les galaxies dépensent des dizaines de millions de fois moins d’énergie pour émettre des ondes radio que pour émettre de la lumière visible. Mais la situation change lorsque des explosions se produisent au centre des galaxies.
Explosions au centre des galaxies
Plusieurs centaines de points ou de petites zones ont été découverts dans le ciel d'où les ondes radio nous parviennent. Pour savoir quels corps les émettent, de grands télescopes sont utilisés pour photographier la zone du ciel où l'une ou l'autre source radio est enregistrée. De manière inattendue, il s'est avéré qu'à la place de beaucoup d'entre elles se trouvent des galaxies lointaines. On les appelait des radiogalaxies. Souvent apparemment semblables aux galaxies normales, les galaxies radio émettent des flux d'ondes radio des millions et des dizaines de millions de fois plus puissants. En règle générale, les radiogalaxies sont elliptiques et ont une très grande masse ; elles ont souvent une sorte de particularité en apparence, beaucoup d'entre elles sont doubles. Pour cette raison, on pensait initialement que les radiogalaxies étaient des galaxies en collision. Mais maintenant, de nombreuses radiogalaxies uniques sont connues. La source de leur énergie radio est le noyau central.
La figure 10 montre la même galaxie radio située dans un grand amas de galaxies dans la constellation de la Vierge.
Riz. 10. Radio Galaxy Virgo A. Les photographies ont été prises avec différentes expositions.
Riz. 11. Galaxie radio Centaure A.
La distance jusqu'à lui est d'environ 30 millions d'années-lumière.
La photo du bas a été prise avec une exposition longue, de sorte que la partie centrale lumineuse de la galaxie elliptique était surexposée. Sur celle du haut, prise avec une exposition plus faible, seule sa partie centrale est visible. Il est clairement visible qu'une éjection grumeleuse émerge du centre. Sur une photographie couleur, il apparaîtrait en bleu. L'émission radio nous parvient d'une région assez vaste, comprenant toute la partie de la galaxie visible sur la photographie, mais aux ondes courtes, centimétriques, la partie la plus importante de l'émission radio provient de « l'éjection ». Ce rayonnement s’avère contenir des ondes électromagnétiques de toutes fréquences : des ondes radio à la lumière visible.
Un autre exemple est la galaxie radio associée à la source radio Centaurus A. Cette galaxie elliptique présente une particularité rare : une grande quantité de poussière interstellaire sous la forme d'une large traînée sombre (Fig. 11). Il est intéressant de noter que l'émission radio ne provient principalement pas de la galaxie elle-même, mais de deux régions géantes situées symétriquement par rapport à elle, dont le volume est plusieurs dizaines de fois supérieur au volume de la galaxie.
La source radio Cygnus A, l'une des « plus brillantes » du ciel, s'est également avérée double. Il est associé à une double galaxie radio, qui situé si loin que sa forme est difficile à déterminer même à partir d'une photographie prise avec un télescope de cinq mètres. La distance jusqu'à lui est d'environ un demi-milliard d'années-lumière. Cygnus A émet plusieurs fois plus d'énergie dans la plage radio que sous forme de lumière ordinaire. Des radiogalaxies aussi puissantes sont rares, et nous pouvons dire que nous avons de la chance d’en avoir.
objet unique
Les radiogalaxies telles que Centaurus A ou Cygnus A émettent d'énormes nuages de particules rapides dans l'espace environnant, se déplaçant de manière chaotique dans un champ magnétique et émettant des ondes radio pendant une longue période. Au fil du temps, l'intensité de leurs émissions radio diminue et les radiogalaxies deviennent impossibles à distinguer des galaxies ordinaires. Peut-être que certaines galaxies ordinaires, à un certain stade de développement, peuvent devenir des radiogalaxies ? Il y a des raisons de croire que notre Galaxie et la nébuleuse d'Andromède émettaient dans le passé des ondes radio beaucoup plus intenses qu'aujourd'hui.
Au centre des radiogalaxies, dans leurs noyaux, se déroulent des processus explosifs actifs, au cours desquels une énergie colossale est libérée. Un million d'étoiles, comme le Soleil, réunies tout au long de son histoire longue vie n'émettra pas sous forme de lumière même un pour cent de l'énergie libérée lors de l'explosion du noyau d'une radiogalaxie ordinaire. Pourquoi l'explosion se produit-elle ? Où était stockée l’énergie libérée avant l’explosion ? Ces questions restent pour l’instant sans réponse. On supposait que la cause de l'explosion était la proximité des étoiles proches du centre de la galaxie. Et l'explosion d'une Supernova peut conduire à une explosion grande quantité
étoiles Mais il s’est avéré que, très probablement, le noyau de la galaxie elle-même est en train d’exploser.
Objets les plus éloignés Le plus grand événement d'astronomie pour dernières années
- il s'agit probablement de la découverte d'une classe d'objets extragalactiques jusqu'alors totalement inconnue - les quasars. En 1963, on a découvert que les positions de certaines sources radio de très petite taille angulaire coïncidaient avec les positions d'étoiles faibles individuelles. Mais on sait que les étoiles ordinaires sont des sources radio de trop faible puissance pour que leurs émissions radio soient détectées. Par conséquent, les objets ouverts sont immédiatement attirés. De manière inattendue, il s'est avéré que le spectre de ces étoiles radio contenait de nombreuses raies d'émission lumineuses (contrairement aux raies d'absorption sombres typiques des étoiles normales) qui ne pouvaient pas être déchiffrées : il n'était pas clair à quels éléments chimiques appartenaient les raies spectrales. C’est peut-être la première fois que les astronomes sont confrontés à une telle situation. Finalement, l'astronome néerlandais M. Schmidt, travaillant aux États-Unis, a trouvé la clé pour démêler cet étrange spectre. Il s'est avéré que les raies spectrales appartiennent à des éléments chimiques bien connus, seules ces raies sont très fortement décalées vers la partie rouge du spectre et ont un décalage vers le rouge important.
La valeur du redshift est généralement un nombre qui montre comment le changement de longueur d'onde d'une raie du spectre est lié à la longueur d'onde d'origine de cette raie. Ce nombre est généralement bien inférieur à un.
Pour les étoiles de notre Galaxie, il n'est pas supérieur à 0,001, et pour la plupart des galaxies étudiées, il est compris entre 0,003 et 0,1. Les galaxies les plus éloignées pouvant être explorées avec les plus grands télescopes ont un redshift de 0,2 à 0,5. Le redshift des deux étoiles radio les plus brillantes s'est avéré proche du redshift des galaxies lointaines -0,16 et 0,37.
Cela suggère que si leur redshift, comme celui des galaxies, est causé par l'expansion de l'Univers, alors les objets détectés se trouvent très loin. Ce ne sont pas des galaxies. Ces objets ressemblent à de petits points, comme des étoiles, dont l'apparence ne diffère de la plupart d'entre eux qu'en bleu (sur les images, leurs positions sont marquées par des tirets). On les appelle sources radio quasi-stellaires (c’est-à-dire semblables aux étoiles), ou quasars en abrégé.
Étant donné que les quasars sont visibles à des distances énormes, ils devraient émettre des centaines de fois plus de lumière que les galaxies normales, et leur émission radio est à peu près la même en puissance que celle des radiogalaxies les plus puissantes.
Ainsi, on découvre un fil qui relie les quasars à des objets qui nous sont déjà familiers. Il est possible que les quasars soient des noyaux de galaxies qui brillent trop faiblement pour que nous puissions les voir.
Riz. 12. Photographies de quasars sur fond d'étoiles ordinaires (marquées par des tirets).
La taille des quasars est étonnamment petite (à l'échelle galactique, bien sûr), comme en témoigne le fait que certains d'entre eux changent de luminosité assez rapidement et de manière aléatoire.
Par exemple, la luminosité du quasar ZS 273 change parfois sensiblement sur plusieurs semaines, voire plusieurs jours. Il s'ensuit que sa taille ne peut pas dépasser plusieurs jours-lumière, sinon il ne pourrait pas, en tant qu'objet unique, changer de luminosité aussi rapidement. Ce raisonnement ne s’applique peut-être pas à l’ensemble du quasar, mais aux régions de celui-ci qui contribuent principalement au rayonnement.
L’existence d’une boule de gaz petite mais très massive, qui, selon certaines données, serait le noyau d’un quasar, n’est pas si simple à expliquer.
Il peut être strictement prouvé qu'une boule de gaz ordinaire ayant une masse de plusieurs centaines de masses solaires commencera inévitablement à se contracter de manière incontrôlable et rapide sous l'influence de sa propre gravité jusqu'à atteindre une taille à laquelle toute émission de lumière cessera ; Il y aura, comme on dit, un effondrement gravitationnel. Mais les quasars existent, et depuis assez longtemps, probablement plus de cent ans. Nous avons réussi à retrouver des photographies du ciel prises au siècle dernier, où parmi les étoiles le quasar 3 C 273 a été capturé ; sa luminosité n’a pas beaucoup changé depuis. Les experts estiment que la raison
On peut supposer une autre chose : les quasars n'ont pas des vitesses très élevées et le décalage vers le rouge est causé par le mouvement de la lumière dans un champ gravitationnel puissant. Le décalage vers le rouge se produit parce que les rayons lumineux s'échappant du fort champ gravitationnel créé par des corps très denses perdent une partie de leur énergie et augmentent donc leur longueur d'onde. Cependant, les hypothèses fondées sur ces hypothèses ne peuvent pas encore expliquer l’ensemble des données connues et, peut-être, rendent la nature des quasars encore plus incompréhensible. Par conséquent, la plupart des scientifiques continuent de considérer les quasars comme les objets les plus éloignés.
Plus d'une centaine de quasars sont désormais connus. Les plus éloignés d'entre eux ont un décalage vers le rouge si important que les rayons ultraviolets invisibles émis par le quasar deviennent visibles et tombent dans la partie visible du spectre.
La recherche de quasars a conduit à la découverte d'objets associés. Sur les photographies, elles sont également presque impossibles à distinguer des étoiles ; elles ont une couleur bleue et des raies spectrales décalées vers le rouge. Mais contrairement aux quasars, ils n’émettent quasiment pas d’ondes radio, ce qui les rend très difficiles à détecter. Les objets découverts sont appelés galaxies quasi-stellaires (en abrégé galaxies quasi-stellaires). Jusqu'à présent, peu d'entre elles ont été trouvées, mais cela est uniquement dû aux difficultés de détection : certaines étoiles de notre Galaxie sont aussi bleues que des quasags ou des quasars, et seule l'analyse spectrale peut montrer s'il s'agit d'une étoile ou d'un objet extragalactique. Les quasags sont encore plus courants dans l'Univers que les quasars. Très probablement, les quasars et les quasags sont les mêmes objets, mais à des stades de développement différents.
N’ayant pas encore compris la nature de ces objets lointains, les scientifiques ont commencé à utiliser leurs observations pour résoudre un certain nombre de problèmes. Par exemple, les rayons de lumière émis par les quasars et les quasags parcourent de grandes distances entre les galaxies à travers des gaz très ténus. L'analyse de la lumière reçue peut aider à clarifier la densité du gaz dans l'espace intergalactique. Mais ce qui est particulièrement intéressant, c'est que les rayons qui nous parviennent de ces objets sont comme des messagers d'un passé lointain : après tout, plus l'objet est éloigné, plus son décalage vers le rouge est grand, plus la lumière que nous recevons aujourd'hui a été émise tôt. Nous voyons ces corps lointains tels qu’ils étaient il y a des milliards d’années, mais ils ont sans aucun doute désormais changé au point de devenir méconnaissables. En observant des objets lointains, nous semblons regarder le passé de l'Univers.
Ayant l'occasion d'apprendre comment l'Univers s'est développé il y a des milliards d'années, les scientifiques étudient les propriétés de l'espace qui nous entoure et comment ces propriétés évoluent au fil du temps. Les observations conduisent par exemple à la conclusion qu'il y a des milliards d'années, on trouvait des quasars dans l'Univers bien plus souvent qu'aujourd'hui.
De plus, relativement récemment, un détail très intéressant est devenu connu : il existe plusieurs quasars (ils sont situés dans différentes zones du ciel), dans lesquels dans le spectre, à côté des raies d'émission de lumière, se trouvent des raies d'absorption sombres. Le décalage vers le rouge des raies d'émission est différent pour tous ces quasars, mais le décalage des raies d'absorption est presque le même - il est d'environ 2,0 ! Et le nombre de quasars présentant un tel déplacement des raies d'émission s'est également avéré étonnamment élevé. Certains pensent que cette coïncidence est causée par certaines caractéristiques de l'expansion de l'Univers, d'autres y voient une confirmation que le décalage vers le rouge des quasars est le résultat de leurs propriétés internes.
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L’étude des quasars et des quasags progresse à un rythme rapide. Cela nous aide à comprendre comment l’Univers change progressivement d’apparence. Il fut un temps où ni les étoiles, ni les galaxies, ni les quasars n'existaient, et où la matière se présentait sous d'autres formes, peut-être même inconnues aujourd'hui.
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