გალაქტიკის მკვრივი ბირთვი – ვარსკვლავების ფორმირების შეწყვეტის ინდიკატორი

 ასტრონომებმა, უამრავი გალაქტიკა შეისწავლეს, წითელი წანაცვლებებით 0,5-დან 3-მდე(ანუ 5,2 -დან 11,6-მდე მლრდ. სინ. წელი). მათ აინტერესებდათ, უკავშირდება თუ არა გალაქტიკების სტრუქტურათა თავისებურება, ვარსკვლავთ წარმომქმნელი პროცესების აქტიურობის დონეს ამ გალაქტიკებში. გაირკვა, რომ ხნიერ გალაქტიკებში, რომლებშიც ვარსკვლავები უკვე აღარ იბადება, ცენტრალური ნაწილის სიმკვრივე მომატებულია. ეს აღმოჩენა, გალაქტიკების ევოლუციის, შედარებით ადვილი პროგნოზირების საშუალებას იძლევა.

 XX საუკუნის პირველ ნახევარში, ედუინ ჰაბლამა გალაქტიკათა კლასიფიკაცია წარმოადგინა, რომლის მიხედვით, თავიდანვე ელიფსური ფორმის გალაქტიკები ევოლუციის პროცესში, ან ბარის(გალაქტიკის ბირთვზე გამავალი, მკლავების დამაკავშირებელი ვარსკვლავური ხიდი) მქონე სპირალურ გალაქტიკებად იქცევა, ან სპირალურებად ბარის გარეშე. ამ კლასიფიკაციამ ჰაბლის კამერტონის სახელი მიიღო, რადგან მისი გრაფიკულ გამოსახულებას კამერტონის ფორმა აქვს. მოგვიანებით, გაირკვა, რომ გალქტიკათა გაცილებით მეტი ტიპი არსებობს და მათი ევოლუცია სხვა მიმართულებით მიდის: სპირალური გალაქტიკები, ძირითადად, ახალგაზრდულად გამოიყურება(ვარსკვლავების ფორმირება გრძელდება), ელიფსუირები კი ამ მხრივ მკვდარია(ევოლუციის ბოლოზე მყოფი ვარსკვლავებით, ახლების გაჩენის გარეშე).

 გალაქტიკის ასაკის დადგენა, მისი შემადგენელი ვარსკვლავების ასაკის დადგენით არის შესაძლებელი, თუმცა, როგორმე ამ ვარსკვლავების დანახვა უნდა მოხერხდეს. როცა ჩვენ დიდი წითელი წანაცვლების მქონე გალაქტიკებზე ვსაუბრობთ, ასაკის ცნებას პირობითი სახე აქვს(წითელი წანაცვლება z = 1 უკვე საკმაოდ ბევრია: ამ ობიექტმა სინათლე მაშინ გამოასხივა, როცა სამყაროს ასაკი 5,9 მილიარდი წელი იყო, ანუ ორჯერ უფრო ახალგაზრდა). გალაქტიკას ვუწოდებთ ახალგაზრდას, თუ მასში ვარსკვლავების ფორმირება ჯერ არ დასრულებულა, ანუ მასში ჯერ კიდევ არის ცივი წყალბადის მარაგი, რომელიც გრავიტაციის ზემოქმედებით იკუმშება და ვარსკვლავებს წარმოქმნის, ხოლო ხნიერს, თუ მან წყალბადის მარაგი ამოწურა. ამავე დროს, თითქოსდა მკვდარ გალაქტიკაში, ვარსკვლავთწარმოქმნელი ტალღა შეიძლება აგორდეს.

 ამის მიზეზი სხვადასხვა შეიძლება იყოს, გალქტიკის მიერ თავისი მეზობელი ჯუჯა გალაქტიკის მიერთება, ან რაიმე ზემოქმედება, რომელიც გალაქტიკური მატერიის შერევას იწვევს. ყველაფერი ეს, უკანასკნელი 60-80 წლის განმავლობაში გახდა ცნობილი.

 ასეთი პროგრესი, ძირითადად, დამზერის საშუალებების დახვეწას უკავშირდება: მას შემდეგ, რაც გალაქტიკებიდან წამოსული სინათლე ასტრონომის თვალის ბადურაზე ეცემოდა, შემდეგ ფოტოქაღალდზე, მოგვიანებით კი CCD(Charge-Coupled Device)-მატრიცაზე, ნებისმიერი გალაქტიკის ფერის დადგენა გახდა შესაძლებელი.

CCD(Charge-Coupled Device)-მატრიცა.

 აღმოჩნდა, რომ სპირალური გალაქტიკები ცისფერია, ანუ, მათში ვარსკვლვების ფორმირება მიდის, ხოლო ამ პროცესებით ღარიბ ელიფსურ გალაქტიკებს მოწითალო-ყვითელი ფერი აქვს, ანუ ახალგაზრდა ვარსკვლავები იქ არ არის.

სპირალური NGC 7331.

ელიფსური M87.

 კავშირი გალაქტკის ფერსა და ახალი ვარსკვლავების ფორმირებას შორის მასში, ორ კარგად ცნობილ პარამეტრს ეფუძნება: ვინის წანაცვლების კანონი(აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივება) და ვარსკვლავის სიცოცხლის ხანგრძლივობა მთავარ მიმდევრობაზე ყოფნისას(ჰერცშპრუნგ-რესელის ვარსკვლავური დიაგრამა). წანაცვლების კანონის მიხედვით, რაც უფრო მაღალია აბსოლუტურად შავი სხეულის ტემპერატურა(ვარსკვლავი, სწორედ რომ აბსოლუტურად შავი სხეულია…), მით უფრო ცისფერი იქნება მისი ფერი. ვარსკვლავის სიცოცხლის ხანგრძლივობა კი, მთავარ მიმდევრობაზე ყოფნისას, მის მასაზეა დამოკიდებული: მასიური ვარსკვლავი(ე.ი. უფრო ელვარე და ცხელი) ძალიან მალე ამოწურავს თავის თერმობირთვულ საწვავს და ზეახლად ანთებით ამთავრებს სიცოცხლეს. ამგვარად, თუ დამზერად გალაქტიკას მოცისფრო ელფერი აქვს, მასში ზეგიგანტი ვარსკვლავები ცხოვრობენ, რომლებიც მცირე ხნის წინათ გაჩნდა, ხოლო ახალი ვარსკვლევბის ფორმირება ისევ მიმდინარეობს. ეს, მარტივი მიდგომაა, რომელიც არ ითვალისწინებს, რომ ახალგაზრდა ვარსკვლავების ნაწილი, გაზითა და მტვრით შეიძლება იყოს გარსშემორტყმული, რომელთაც ჩვენ, მძლავრი ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროებად დავინახავთ, თუმცა მაინც მნიშვნელოვანია გალაქტიკის ფერის დადგენისას.

 გილიერმო ბაროს ჯგუფმა(კალიფორნიის უნივერსიტეტი სანტა-კრუზში), პუბლიკაცია მოამზადა, რომელშიც ახალგაზრდა გალაქტიკების, ხნიერ გალაქტიკებად გადაქცევის მიზეზის შესახებ არის საუბარი. ჩვენ ვიცით, რომ გალაქტიკა მაშინ ბერდება, როცა მასში ცივი წყალბადის მარაგი იწურება, შორეულ გალაქტიკებში კი ასეთი ცივი წყალბადის ღრუბლების პირდაპირი დამზერა შეუძლებელია, ამიტომ, რაიმე მეორედი ნიშნები უნდა დავინახოთ. ასეთი ნიშანი, ასტროფიზიკოსთა აზრით, გალაქტიკის ცენტრში ვარსკვლავთა სიმჭიდროვის(სიმკვრივის) მატება შეიძლება იყოს.

 თანამედროვე შეხდეულებით, არსებობს ძლიერი კავშირი გალაქტიკების სტრუქტურასა და მასში არსებული ვარსკვლევბის მახასიათებლებს შორის. კერძოდ, ვარსკვლავების ფორმირების ტემპი, გალაქტიკის მასა და მორფოლოგია, ერთმანეთთან არის დაკავშირებული: გალაქტიკებს, აქტიური ვარსკვლვთწარმომქმნელი პროცესებით, დიდი ზომები და ნივთიერებათა სიმკვრივის ნაკლები გრადიენტი გააჩნია(მატერია ერთგვაროვნადაა გადანაწილებული), ასეთივე მასის პასიურ გალაქტიკებს კი პირიქით – მაღალი(სერსიკის პარამეტრი, რომელიც გვიჩვენებს რამდენად იმატებს ვარსკვლავების სიმჭიდროვე გალაქტიკის ცენტრისკენ). ვარსკვლავბის ფორმირების გრაფიკზე, თანაფარდობა ”ტემპი” – ”მასა”, დროის მიხედვით იცვლება, თუმცა, ორ კლასად დაყოფა უცვლელი რჩება. ეს საფუძველს გვაძლევს ვივარაუდოთ, რომ მეტი სიმკვრივის ბირთვი, ვარსკვლავების ფორმირების ტემპთან პირდაპირ არის დაკავშირებული: ახალი ვარსკვლვების ფორმირების ტემპი მკვთრად ეცემა, როცა გალაქტიკის ცენტრალურ ნაწილში არსებული ვარსკვლევბის რაოდენობა კრიტიკულ მნიშვნელობას აჭარბებს.

 კვლევა დაიწყო გალაქტიკებით, რომელთა შესახებ მონაცემები ორბიტალური ტელესკოპის – ”ჰაბლი”, საშაულებით იქნა მიღებული, გრძელვადიანი პროექტის ჩარჩოებში – CANDELS, არაგალაქტიკური ობიექტების კვლევა ახლო ინფრაწითელ დიაპაზონში. ამ გალაქტილკათა წითელი წანაცვლება 0,5 < z < 3 დიაპაზონშია, რაც სამყაროს ასაკის 8,5-დან 2,1-მდე მილიარდ წელს შეესაბამება(ანუ, მათგან წამოსული სინათლე 5,2-დან 11,6-მდე მლრდ. წელი მოდიოდა ჩვენსკენ) – სწორედ ამ დროს ხდებოდა ყველზე უფრო აქტიურად გალაქტიკათა ფორმრიებისა და ევოლუციის პროცესები. ”ჰაბლის” მაღალი კუთხური გარჩევადობა, 21 მილიარდი სინათლის წლით დაშორებული გალაქტიკების ცენტრში ჩახედვის საშუალებას იძლევა(მანძილი, გამოსახული სინათლის წლებში, 13,8 მილიარდ წელზე(სამყაროს ასაკი) მეტი შეიძლება იყოს და ეს შეცდომა არაა, სამყაროს აჩქარებული გაფართოების გამო…).

 სხვა ტელესკოპებიდან მიღებული მონაცემების მიხედვით, გამოსხივების დისკრეტული, სპექტრული სიმკვრივე იქნა დადგენილი, რომლითაც თითოეული გალაქტიკის წითელი წანაცვლება გაირკვა. მათი მასები და ცენტრალური ნაწილების, რადიუსით 1 კილოპარსეკი, ვარსკვლავთა მასები.

 ვარსკვლავების ფორმირების ტემპის პირდაპირი დამზერით შეფასება შეუძლებელია: ცის თაღზე მნათობთა ანთება ისე სწრაფად არ ხდება, რომ ჟურნალი ავიღოთ და მასში კიდევ ერთი აღნიშვნა გავაკეთოთ.

 ამ სიდიდის მიღება მხოლოდ გამოთვლებით არის შესაძლებელი, იმის მიხედვით, თუ რომელი მოდელით ვისარგებლებთ. მაგალითად, შეგვიძლია გავაერთიანოთ ულტრაიისფერი(ახლადდაბადებული ცისფერი ზეგიგანტებისგან) და ინფრაწითელი(გაზურ-მტვროვან ღრუბლებში ჩაძირული ახლადდაბადებული ვარსკლავები) გამოსხივების მონაცემები განსაზღვრული კოეფიციენტებით. სათქმელად ადვილია, თუმცა გალაქტიკიდან გამოსხივებული სრული ინფრაწითლი ნაკადის მიღება შეუძლებელია, რადგან მისი ენერგია ისედაც დაბალია, ვიდრე ოპტიკურში, თან სპექტრად დაშლილი გამოსხივება კამერის მატრიცაზე ”იდღაბნება” და მისი მგრძნობელობის ზღვარს შორდება.

 მეცნიერებს, ისევ, მოდელების გამოყენება მოუხდათ, რომელთა დახმარებითაც ინფრაწითელი გამოსხივების მიახლოებითი პროფილი აღადგინეს, სულ სამი წერტილის მიხედვით, დაიხმარეს რა კოსმოსური ობსერვატორია – ”ჰერშელი”. შედეგად, გალაქტიკები ორ კლასად გაიყო: აქტიური ცისფერი გალაქტიკები ვარსკვლავთწარმომქმნელი პროცესებით და პასიური წითლები.

 შემდეგ, ყველა გალაქტიკა გრაფიკზე იქნა დატანილი, დამოკიდებულებით: ვარსკვლავების სიმკვრივე ცენტრალურ ნაწილში – გალქტიკის მასა. გალქტიკათა დაყოფა ორ კლასად, უცვლელი დარჩა. განსხვავებული ტიპის გალაქტიკები, განსხვავებულ, გრაფიკის სიბრტყის კარგად გამორჩეულ ადგილებში დარჩა, კომპაქტური და ძალიან აქტიური გალაქტიკების ჯგუფის გამოკლებით. ასტროფიზიკოსებმა გადაწყვიტეს, რომ ეს, არა კანონზომიერების დარღვევა, არამედ რაღაც მექანიზმის ზემოქმედებაა, რომელიც ასეთ გალაქტიკებში, ცენტრის მიმართულებით, ვარსკვლავთა სიმჭიდროვეს ზრდის. ამ პროცესს ”შეკუმშვა” უწოდეს და ავტორთა თქმით, სწორედ ის არის სიგნალი იმისა, რომ გალაქტიკაში ახალი ვარსკვლვების ფორმირება მალე შეწყდება.

 შეკუმშავა მაშინ ხდება, როცა გალაქტიკაში არსებული მატერიის დინამიურად სტაბილურ განაწილებას რაღაც არღვევს: გალაქტიკათა შეჯახება, ჯუჯა მეზობლის მიერთება, მატერიის გატყორცნა გალაქტიკის აქტიური ბირთვიდან, მტვრისა და გაზის გრავიტაციული ჩაჭერა გალაქტიკათშორისი გარემოდან – ასეთ შემთხვევაში, გალაქტიკის ცენტრალური ნაწილის სიმკვრივე ძალიან სწრაფად იზრდება. სწორედ ამ პროცესებმა გამოიწვია ადრეული სამყაროს გალაქტიკებში ვარსკვლავთ წარმომქმნელი პროცესების ჩახშობა. მოგვიანებით, როცა სეთი ექსტრემალური პროცსები იშვიათობა გახდა, გალაქტიკის ცენტრალური ნაწილის სიმკვრივის მატება უბრალო მიზეზით, ხახუნით შეიძლება იყოს გამოწვეული: მატერია, მოძრაობს რა თავის ორბიტაზე გალაქტიკაში, კუთხურ მომენტს კარგავს და ნელ-ნელა ცენტრისკენ მიგრირებს, როგორც საერთაშორისო კოსმოსური სადგური, რომელიც დედამიწის ატმოსფეროსთან მუდმივი ხახუნის გამო, ორბიტის მუდმივ კორექტირებას მოითხოვს. ამგვარად, შეიძლება ითქვას, რომ გალაქტიკის მკვრივი ბირთვი – ვარსკვლავების ფორმირების შეწყვეტისთვის საჭირო აუცილებელი პირობაა. მიღებულ შედეგს ძალიან დიდი მნიშვნელობა აქვს, ის საშუალებას გვაძლევს ირიბი დამზერებით ვიწინასწარმეტყველოთ, რომელი გალაქტიკები შეწყვეტს მალე ახალი ვარსკვლავების ფორმირებას. აქამდე, ასეთი მეთოდი არ არსებობდა.

 გარდა ამისა, მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ცენტრალური ნაწილის სიმკვრივის ზრდის სიჩქარე, სამყაროს ევოლუციასთან ერთად იცვლება: მასის სწრაფი დაგროვება ცენტრში, დიდი წითელი წანაცვლებისთვისაა დამახასიათებელი და ამჟამად, ეს პროცესები იშვიათია და ცენტრალური ნაწილის  ”შეკუმშვა” ნელა და უმტკივნეულოდ მიმდინარეობს, გალაქტიკის დისკოსებრი ფორმის შენარჩუნებით.