Galaktika

Galaktiku un zvaigžņu veidošanās

Visuma struktūra sadalījās nedaudzos gāzveida mākoņos, uz kuriem iedarbojās gravitācijas spēks. Šie mākoņi sadalījās nelielās daļās un no šīm daļām veidojās galaktikas, un tajās veidojās zvaigznāji. Visuma attīstības periodos būtisku lomu spēlēja galaktiku vai arī tās individuālas daļiņas, kā arī gravitācijas mijiedarbība un saplūšana.
Visumā Lielā sprādziena rezultātā veidojās liels daudzums ūdeņraža un hēlija molekulu, bet ļoti minimāls daudzums deitērija un litija. Tas pierāda, ka ķīmisko elementu sintēze notika zvaigžņu kodolos, tajos lielā karstumā un paaugstinātā spiedienā ūdeņradis sintezējās par hēliju, bet sintezējās arī citi ne tik aktuāli elementi: ogleklis, skābeklis, silīcijs un citi elementi. Pašas lielākajās zvaigžņotajās dzīlēs sintezējās arī dzelzs un citi smagāki elementi, kuri pārnovu sprādzienu rezultātā tika izmētāti visā Visumā. Pēc tam ar starpzvaigžņu vides palīdzību tika bagātinātas zvaigznes, kuras pēc tam sintezēja ķīmiskos elementus un veidoja jaunas zvaigznes un planētas.

Eliptiskās un neregulārās galaktikas

Eliptiskās galaktikas Visumā ir aptuveni 25% no kopējo galaktiku skaita. Šīm galaktikām ir vienkārša strukturālā forma. Eliptiskās galaktikas ir elipsoidāla veida zvaigžņu mākoņi, kuriem gaismas spožums pakāpeniski palielinās centrālā kodola virzienā. Šajās galaktikās nepastāv gāzes, tādēļ šādās galaktikās neveidojas jaunas zvaigznes. Šo galaktiku struktūra sastāv no vecām zvaigznēm — sarkanajiem milžiem, dzeltenajiem un sarkanajiem punduriem. Šajos 25% galaktiku ir ievērotas lielas galaktikas pēc izmēriem, pēc masas un pēc starjaudas, bet arī ievērotas mazas pundurgalaktikas.
Visā visumā 5% no visu galaktiku skaita aizņem neregulārās galaktikas. Šīm galaktikām ir neregulāra forma un neviendabīga struktūra. Šīm galaktikām neeksistē kodols. Šo galaktiku struktūrā ir gāzes un putekļi, kuri veido 20—50% no visas galaktikas masas. Vietām šo galaktiku rajonos ir redzamas jaunas zvaigžņu veidošanās norises, tādēļ šādās galaktikās atrodas daudz jaunu un karstu zvaigžņu. Šīs galaktikas nespēj konkurēt ne pēc masas, ne pēc izmēra un ne pēc starjaudas, jo tās ir vidēji sīkākas nekā eliptiskajām un spirālveida galaktikas.

Galaktiku kopas

Galaktikas atrodas neiedomājamos attālumos viena no otras. Mūsu planētai tuvākā galaktika ir Andromedas galaktika, kas atrodas 690 000 parseku jeb 2,3 miljonu gaismas gadu attālumā. Vistuvāk mūsu planētai atrodas galaktiku pavadoņi: Lielais Magelāna mākonis un Mazais Magelāna mākonis. Līdz tālākajām galaktikām ir ļoti liels attālums, tas mērāms megaparsekos (Mpc). 
Visumā atsevišķas galaktikas ir sastopamas ļoti reti. Lielākā daļa no galaktikām veido galaktiku grupas vai galaktiku kopas. Galaktiku grupās ietilpst vairāk nekā daži desmiti galaktiku, bet galaktiku kopās simtiem un tūkstošiem galaktiku. Mūsu Piena ceļa galaktika ietilpst galaktiku grupā, ko sauc par Lokālo grupu. Tajā atrodas daži desmiti galaktiku, lielākās no kurām ir Piena ceļš, Andromedas galaktika un galaktika M 33. Lokālajai grupai vistuvākā galaktiku kopa atrodas Jaunavas zvaigznājā un tajā atrodas vairāk nekā 2 tūkstoši galaktiku. Attālums līdz Jaunavas galaktiku kopai ir aptuveni 14 Mpc (14 000 000 pc). Visumā ir arī atklāti lielāki veidojumi kā galaktiku sienas, kuru platība stiepjas daudzu megaparseku garumā un sastāv no neskaitāmām galaktiku kopām.

Galaktiku izvietojums

Debesīs redzami dažādos attālumos izvietoti galaktiku slāņi. Fotogrāfijās, kuras iegūtas ar pasaules spēcīgākajiem teleskopiem, var redzēt, ka debesis ir burtiski noklātas ar galaktikām. Tās savstarpēji veido telpisku struktūru, ko sauc par Visuma lielmēroga struktūru. Galaktiku grupas un kopas ir izvietotas milzīgu, neregulāru šūnu sienās. Visuma struktūru var salīdzināt ar ziepju putām, kurās haotiski izvietoti dažāda izmēra ziepju burbuļi. Šūnu jeb burbuļu iekšienē galaktiku ir maz. Šāda struktūra novērojama visā izpētītajā Visumā, šādas galaktikas sauc par Metagalaktikām. Metagalaktikas ir ļoti lielas, taču tās nav bezgalīgas, jo Visums turpinās arī ārpus tām.
Mūsdienās ar teleskopu palīdzību mēs varam ieskatīties Visumā aptuveni līdz 10 miljardu gaismas gadu attālumam, būtībā teleskops darbojas kā savdabīga laika mašīna. Skatoties uz Andromedas galaktiku, mēs redzam gaismu, ko tā devusi gaismu pirms 2,3 miljoniem gadu. Taču Andromedas galaktika atrodas relatīvi tuvu. Raugoties uz tālākiem Visuma nostūriem, var ieskatīties pagātnes noslēpumos vēl dziļāk. Gaisma no tālākajiem kvazāriem līdz mūsu planētai nāk vairākus miljardus gadu, tādēļ mēs šos redzam kvazārus nevis tādus, kādi tie izskatās tagad, bet tādus, kādi tie izskatās tālā senatnē. Kvazāri ir kā durvis uz Visuma pagātni.

Visuma izplešanās

20. gadsimta pirmajā pusē zinātnieki atklāja, ka attālumi starp galaktikām palielinās, un tas nozīmē, ka Visums izplešas. Jo tālāk no mums atrodas galaktikas, jo ar lielāku ātrumu tās attālinās. Taču tas nenozīmē, ka mūsu Galaktika atrastos Visuma centrā. Skatoties no citām galaktikām, redzētu tādu pašu attālināšanās ainu, kā mēs. Kā to izprast? Iedomāsimies, ka galaktikas atrodas uz gaisa balona virsmas. Piepūšot balonu lielāku, arī galaktikas viena no otras attālinās. Nevienā balona daļā tās nepaliek sablīvētas, neviena galaktika nav izplešanās centrs. Taču šāds piemērs nav jāuztver burtiski. Nevajadzētu iedomāties, ka Visums ir lode, kas izplešas tukšā telpā. Visums ir viss, kas pastāv tajā. Ārpus Visuma robežām nekas neatrodas. Ārpus visuma nav neviena galaktikas, vispār nekā — nedz telpas, nedz laika, nedz masas.
Visumā debesu ķermeņu kustības ātruma noteikšanai plaši izmanto Doplera efektu. Ja debess ķermenis tuvojas vai attālinās, novērojama spektra nobīde. Attālinoties, spektra līnijas nobīdās uz spektra sarkano galu. Šo nobīdi sauc par sarkano nobīdi. 20. gadsimta sākumā pētnieki konstatēja, ka galaktiku krāsu spektros ir liela sarkanā nobīde. Tas nozīmē, ka visas galaktikas attālinās no mūsu Galaktikas. Amerikāņu zinātnieks E. Habls pierādīja likumsakarību, ko tagad sauc par Habla likumu: jo lielāku ātrumu galaktikas attālinās, jo lielākā attālumā tās atrodas.
Zinot galaktikas sarkano nobīdi, var aprēķināt tās attālināšanās ātrumu un arī attālumu līdz citām galaktikām. Šādi aprēķini rāda, ka galaktikas un kvazāri attālinās no mūsu galaktikas ar lielu ātrumu. Habla likumu astronomijā pielieto ļoti bieži, jo tas ir pats labākais “metramērs” kosmosa plašumos.