Galaxis

bélyegkép|300px|Az NGC 253 küllős spirálgalaxis képe, a Sculptor (szobrász) csillagképben. Korongjára ferdén látunk rá bélyegkép|300px|A Messier 104, a Sombrero-galaxis. A spirálgalaxisra az éléről látunk rá. A kép közepén végigfutó fekete sáv a galaxis korongjának síkjában összpontosuló csillagközi por, mely a látható fényt elnyeli. Nagyon jól látható, halvány derengésként a korong alatt és felett, a galaxis gömb alakú halója bélyegkép|300px|Ütköző spirálgalaxisok: NGC 2207 és IC 2163 bélyegkép|300px|A Messier 101 lapjáról látszó spirálgalaxis

A galaxisok égitestek: csillagok, csillagközi gázok, por és a láthatatlan sötét anyag nagy kiterjedésű, gravitációsan kötött rendszerei. Egy tipikus galaxisban tízmillió és ezermilliárd (107 – 1012) közötti számú csillag található, és mind azonos középpont körül kering. A magányos csillagokon kívül egy galaxisban rengeteg több csillagot tartalmazó rendszer, nyílthalmaz, gömbhalmaz és köd található. A legtöbb galaxis átmérője több ezertől több százezer fényévig terjed, és a galaxisok között több millió fényév távolság a jellemző. A közöttük lévő űr nagyon jó vákuumnak tekinthető, kevesebb mint köbméterenkénti egy atommal. Feltehetően több mint százmilliárd (1011) galaxis van a Világegyetem belátható részében.

A galaxis szó a görög γάλα (gala) származéka, amelynek jelentése tej. A monda szerint Zeusz a csecsemő Héraklészt az alvó Héra mellére tette, hogy isteni tejet szopva halhatatlanná váljon. Héra közben felébredt és rájött, hogy egy ismeretlen csecsemőt szoptat. Hirtelen eltolta magától a gyermeket s ekkor szétfröccsent a teje, amiből a Tejút lett. A Tejútrendszer görög neve (Γαλαξίας) is erre vezethető vissza. Az extragalaxis az összes, a Tejútrendszerünkön kívüli galaxis általános neve.

Az elméletek szerint a galaxisok tömegének 90%-át sötét anyag teszi ki, azonban ennek a tömegkomponensnek a természetét még nem ismerjük. A megfigyelési adatokból arra következtetnek, hogy számos galaxis középpontjában nagyon nagy tömegű fekete lyuk található, bár ez nem igaz minden esetben, mert ha a galaxis középpontjában két fekete lyuk összeolvad (például egy másik galaxissal való ütközés következtében), akkor a keletkező új fekete lyuk gravitációs hullámok kibocsátása után kirepülhet a galaxisból, örökre elhagyva azt.Black hole expelled from its parent galaxy – Astronomy.com

A mi galaxisunk, a Tejútrendszer (sokszor csak Galaktika) küllős spirálgalaxis, a Lokális Csoport egyik nagy galaxisa (a másik az Androméda-galaxis, mellyel néhány milliárd év múlva összeütközik), amelynek az átmérője 30 kiloparszek (100 000 fényév) és körülbelül 300 milliárd csillagot tartalmaz, a tömege egytrilliószor annyi, mint a Nap tömege.

A galaxisok kutatásának története thumb|right|300px|Lord Rosse angol csillagász vázlata az Örvény-ködről (1845) thumb|300px|William Herschel galaxismodellje

1610-ben Galileo Galilei távcsővel tanulmányozta azt a fényes csíkot az égen, amit Tejútként ismertek és felfedezte, hogy rengeteg halvány csillagból áll. 1755-ben egy tanulmányában Immanuel Kant helyesen feltételezte, hogy a galaxis egy forgó test lehet, amelyet rengeteg csillag alkot, és ezeket a csillagokat valamiféle vonzóerő tartja össze (a Naprendszerben tapasztalthoz hasonló, csak ennél sokkal erősebb). Az ezáltal létrejött csillagokból álló lemez egy csíkként látszik, ha mi is benne vagyunk.

A 18. század végén Charles Messier kiadott egy katalógust a 109 legfényesebb ködről és csillaghalmazról, amelyet később követett egy 5000 objektumból álló katalógus (William Herschel összeállításában). 1845-ben William Parsons egy olyan távcsövet épített, amely különbséget tudott tenni az elliptikus és spirális ködök között. Egy jó ideig a ködöket nem ismerték el galaxisként, amíg Edwin Hubble az 1920-as évek elején be nem bizonyította, hogy az egyik legközelebbi galaxis, az Androméda-köd csillagokból áll, sőt, a benne lévő cefeida változócsillagok segítségével sikerült meghatároznia távolságát is. 1936-ban egy olyan osztályozási rendszert állított fel a galaxisokra, amelyet ma is használnak.

Az első próbálkozás, amely arra irányult, hogy leírja a Tejút formáját és a Nap helyzetét a galaxisunkban, William Herschel által történt. 1785-ben figyelmesen megszámolta a csillagokat az égbolt különböző részein. Jacobus Kapteyn finomított módszert használva 1920-ban egy elliptikus galaxis képét rajzolta meg, amelynek az átmérője körülbelül 15 kiloparszek volt. Csak 1930-ban sikerült Robert Julius Trumplernek megrajzolnia azt a képet róla, amit ma is ismerünk.

1944-ben Hendrik van de Hulst előrejelezte azt a 21 centiméter hullámhosszú mikrohullámú sugárzást, amely a csillagközi hidrogén sugárzásából származik; 1951-ben lehetett először észlelni. Ez a sugárzás elősegítette galaxisunk részletesebb tanulmányozását.

Az 1990-es évek elején a Hubble-űrtávcső még jobb megfigyeléseket tett lehetővé. Többek között az is bebizonyosodott, hogy a hiányzó sötét anyag a galaxisunkban nem állhat csak halvány és apró csillagokból. Az is tudott már, hogy a látható világegyetemben több százmilliárd galaxis van.

A galaxisok osztályozása A galaxisok Hubble-féle osztályozása thumb|300px|right|A galaxisok Hubble-féle osztályozása. Jobbra fent a közönséges spirálisok, lent a küllős spirálisok, balra az elliptikusok láthatók

Edwin Hubble ismerte fel azt a tényt, hogy az Univerzumunk nem csak a Tejútból áll, léteznek sokkal távolabb lévő égitestek, extragalaxisok is. 1926-ban vezette be a róla elnevezett osztályozási rendszert, ami alapján a galaxisokat 2 fő osztályba soroljuk: a szabályos galaxisokba, amelyek forgásszimmetrikusak, és sűrű középponti részük van, valamint a szabálytalan galaxisokba.

Spirálgalaxisok (S)

thumb|300px|Az NGC 1300 küllős spirálgalaxis

A leggyakoribb galaxistípus. Ahogy azt nevük is mutatja, spirális szerkezetűek. A központi, megközelítőleg gömb alakú mag II. populációs csillagokból áll, melynek középpontjában, a galaxisok nagy részében, több millió naptömegű fekete lyuk van.

A galaxismagot lapos korong veszi körül, amelyben – hasonlóan a Tejútrendszerhez – spirálkarok helyezkednek el, ezek I. populációs csillagokból állnak, és sok csillagközi anyagot tartalmaznak, bennük jelenleg is zajlik csillagkeletkezés. A csillagközi anyag az össztömegnek csupán néhány százalékát teszi ki, és a galaxis fősíkja mentén erősen koncentrált. A csillagokhoz hasonlóan a spirálkarok is keringenek a központ körül, de nem állandó szögsebességgel.

A galaxis legkülső vidéke a gömb alakú halo, ennek sugara megközelítőleg a spirálkarokéval egyezik meg, és öreg, II. populációs csillagokból, valamint gömbhalmazokból áll. A magtól a periféria felé folyamatosan ritkul.

A spirálgalaxisok egyharmad része közönséges spirálgalaxis, kétharmaduk pedig úgynevezett küllős spirálgalaxis (jelölésük: SB). Mindkét típus esetében három alosztályt (a, b, c) különböztetnek meg, a galaxismag viszonylagos fejlettsége alapján (a: fejlett mag, c: viszonylag halvány mag). A küllős spirálgalaxisok három alosztályát (SBa, SBb, SBc) G. Vaucouleurs csillagász javasolta, ennek ellenére a Hubble féle osztályozásban a „d” altípust is alkalmazzák. Ez a rendszerezés azonban nem utal feltétlenül a galaxisok fejlődési stádiumára, amire nagy hatással vannak a galaxisütközések. Spirális galaxis a Vadászebek csillagképben található Messier 51 és a Nagy Medve csillagképben található Messier 101 jelű Messier-objektumok. Mindkét objektum esetében merőlegesen látunk rá a galaxis korongjára.

thumb|300px|A Messier 110 elliptikus galaxis, az Androméda-köd egyik kísérője

Elliptikus galaxisok (E)

Kozmikus környezetünkben ezek a leggyakoribbak. Átlagosan 4-3500 milliárd naptömegnyi anyagot tartalmaznak. Csillagközi anyag nagyon kevés van bennük, ezért csillagkeletkezés sem zajlik bennük, következésképpen a nyílthalmazok is hiányoznak ezekből a galaxisokból. Csillagaik öregek, a II. populációba tartoznak. Ezen tulajdonságaik miatt hasonlítanak a gömbhalmazokra, csak sokkal nagyobbak, bár valószínűleg átmenet van a két égitesttípus között.

Az elliptikus galaxisokat lapultság szerint csoportosítjuk az E0-E7 osztályokba. A lapultságot úgy számítjuk ki, hogy k=10(a-b)/a (egész számra kerekítve), ahol a illetve a b az ellipszoid nagy- illetve kistengelye. Az elliptikus galaxisok előtt jelölt még egy átmeneti típus is, amely csak magból és spirális szerkezet nélküli korongból áll, ezek a lentikuláris galaxisok.

Lentikuláris galaxisok (S0)

Szerkezetüket tekintve átmenetet képeznek a spirálgalaxisok és az elliptikus galaxisok között. Korongjukban nincsenek spirálkarok, magjuk szokatlanul nagy méretű. Általában kevesebb csillagközi anyagot tartalmaznak, mint a spirálgalaxisok, csillagtartalmuk az elliptikus galaxisokhoz áll közelebb, napjainkban már nem zajlik bennük csillagkeletkezés.

Törpegalaxisok (DE)

Többnyire elliptikusak, tömegük épphogy eléri az egymillió naptömeget.

Szabálytalan (irreguláris) galaxisok (IR)

thumb|300px|A Messier 82 szabálytalan galaxisKözelkép a csillaggyárról Szerző: Kozák Máté

Olyan galaxisok, amelyeknél központi mag és szimmetriatengely sem figyelhető meg. Semmilyen lényeges jellegzetességet nem mutatnak, és a legkülönfélébb alakúak lehetnek. Tömegük 0,7-100 milliárd naptömeg közötti, előfordulásuk ritka (3%). Az ilyen galaxisokat alkotó csillagok általában I. populációsak, vagyis sok csillagközi (intersztelláris) anyagot tartalmaznak. Jellegzetes képviselőik a szabad szemmel is látható, de hazánkból nem megfigyelhető Magellán-felhők. A szabálytalan extragalaxisokban igen nagy mennyiségű intersztelláris anyag található; a Nagy Magellán-felhő tömegének például több mint felét gáz- és porfelhők teszik ki. Az Univerzum korábbi korszakában a szabálytalan galaxisok aránya lényegesen nagyobb volt, egy, 6 a milliárd fényévre lévő galaxisokról készült felmérésben számarányuk 52% volt (ellentétben a közeli galaxisok közötti, a vizsgálat szerint 10%-os arányukkal). Ezen galaxisok később ütközések során, melyek 4 milliárd évvel ezelőtt befejeződtek, más, szabályos galaxisok keletkeztek.

A galaxisok egyéb osztályozási rendszerei de Vaucouleurs-féle kétdimenziós osztályozás (1959) Lényegében a Hubble-féle osztályozási rendszer továbbfejlesztése. Allan Sandage és de Vaucouleurs felosztották az S0-típusú galaxisokat: S0-, S0° és S0+ alosztályokat vezettek be az intersztelláris por és gáz mennyisége alapján. Az osztályozásban itt a normál spirálgalaxisok SA jelölést kaptak, illetve definiáltak SAB osztályokat is.

Van der Bergh-féle osztályozási rendszer (1960–1966) thumb|300px|A Messier 51 spirálgalaxis (az Örvény-köd) a Vadászebek csillagképben. Lapjáról látunk rá, az egyik spirálkar végén látható legnagyobb kísérőgalaxisa az NGC 5195 törpegalaxis thumb|300px|Az Abell S0740 galaxishalmaz központi vidéke, az ESO 325-G004 óriás elliptikus cD galaxissal

Lényegében a luminozitási osztályokkal bővített Hubble-séma. Ez a séma tartalmazza az elliptikus galaxisok alosztályait is: (zárójelben a szokásos angol elnevezés) dE galaxis: (dwarf compact galaxy): Tömege 107 – 109 naptömeg közötti, átmérője tipikusan 10 ezer fényév. dSph galaxis: (dwarf spheroidal galaxy): Törpe szferoidális galaxis, extrém alacsony luminozitású és fényességű elliptikus törpegalaxis. Átmérője tipikusan 1000 fényév körüli. ge galaxis: (giant elliptical galaxy – óriás elliptikus galaxis) ce galaxis: (compact elliptical galaxy – kompakt elliptikus galaxis) D galaxis: többségük elliptikus rádiógalaxis cD galaxis: nagy felszíni fényességű elliptikus galaxisok, általában a galaxishalmazok központi objektumai. Középpontjuk csillaghalmazokban gazdag, legtöbbször rádióforrás. Tömegük 1013 – 1014 naptömeg közötti, átmérőjük 1-3 millió fényév. Klasszikus példájuk az NGC 6616.

Yerkes-Morgan-féle osztályozás (1957)