gov-civil-vilareal.ptBattle of the Bulges: Haben sich die Astronomen die ganze Zeit über mit Spiralgalaxien geirrt?
>Einige große Neuigkeiten von Galaxy Zoo : Es sieht sehr nach einem klassischen Klassifizierungsschema für Galaxien aus – zuerst von Edwin Hubble selbst erfunden! – kann, ähm, falsch sein. Die Folgen davon sind ebenso dramatisch wie kosmisch: Es impliziert sehr stark, dass die Art und Weise, wie wir über die Entstehung und Erhaltung von Spiralarmen von Galaxien nachdenken, ebenfalls falsch ist. Anstatt halbpermanente Merkmale von Galaxien zu sein, können sie sich stattdessen tatsächlich auflösen, verschwinden und sich wieder neu bilden!
Was ist das letzte Schiff, das bewertet wurde?
Beeindruckend. Dies ist eine sehr große Sache.
Die Klassifizierung ist ein natürlicher erster Schritt, wenn Sie eine Sammlung von Objekten haben und versuchen, diese herauszufinden. Wenn Sie sie irgendwie sortieren können, können Sie damit beginnen, Einblick in sie zu gewinnen. Als Astronomen Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts damit begannen, Kameras an großen Teleskopen zu montieren, fanden sie heraus, dass Galaxien – die für das Auge größtenteils wie kleine verschwommene Flecken aussehen – eine erstaunliche Vielfalt an Formen haben. Aber sie fielen in vier große Kategorien : elliptisch, spiralförmig, unregelmäßig und eigenartig.
Spiralgalaxien (die mit Spiralarmen) hatten zwei Hauptkomponenten: die Arme selbst und eine zentrale Ausbuchtung von Sternen, von denen die Arme auszugehen schienen. Darüber hinaus schien es ein Spektrum der Formen dieser Galaxien zu geben, von kleinen Ausbuchtungen bis hin zu großen. Galaxien mit großen zentralen Ausbuchtungen hatten eng gewundene Spiralarme, während solche mit kleineren Ausbuchtungen mehr offene Arme hatten. Hubble und sein Team klassifizierten sie auch auf diese Weise, wobei erstere als Sa- und letztere als Sc-Galaxien bezeichnet werden, wobei Sb-Galaxien zwischen den beiden liegen. Außerdem neigten Sa-Galaxien dazu, gut geformte kontinuierliche Arme zu haben, und Sc-Galaxien haben klumpigere, weniger gut definierte Arme.
Es gab auch eine dritte Struktur, die als Balken bezeichnet wird und wie ein rechteckiges oder rautenförmiges Merkmal in der Mitte der Galaxie aussieht. Diese werden Balkenspiralen genannt, und sie schienen ansonsten die gleichen Strukturen wie normale Spiralen zu haben, daher wurden sie Sba bis Sbc genannt.
Das Hubble Stimmgabel-Diagramm klassifiziert Galaxien nach Form und Struktur. Spiralgalaxien gehen von großen Ausbuchtungen und engen Armen zu kleinen Ausbuchtungen mit weit ausgebreiteten Armen (mit einer parallelen Reihe für Balkenspiralen). Neue Arbeiten zeigen jedoch, dass dieses Diagramm möglicherweise veraltet ist. Kredit: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey
Das Hubble Stimmgabel-Diagramm klassifiziert Galaxien nach Form und Struktur. Spiralgalaxien gehen von großen Ausbuchtungen und engen Armen zu kleinen Ausbuchtungen mit weit ausgebreiteten Armen (mit einer parallelen Reihe für Balkenspiralen). Neue Arbeiten zeigen jedoch, dass dieses Diagramm möglicherweise veraltet ist. Kredit: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey
Hubble erstellte das sogenannte Stimmgabeldiagramm, um all dies zu beschreiben. Auf der einen Seite befanden sich elliptische Galaxien, die von kreisförmig (genannt E0) bis hin zu gestreckter (bis E7) reichten. Diese wurden zum Stamm der Gabel, wobei die beiden Zinken die Spiralen von Sa bis Sc auf der einen und die Balkenspiralen auf der anderen waren.
Es gab andere Möglichkeiten, dies zu tun, aber die Stimmgabel von Hubble ist seit einem Jahrhundert mehr oder weniger der Standard. Es hat gute Arbeit geleistet, aber es gab einige Galaxien, die nicht in das Muster passten. Zum Beispiel könnte einer eine kleine Ausbuchtung, aber enge Arme haben, oder ein anderer mit einer großen Ausbuchtung und ziemlich offenen Armen. Wenn eine Galaxie nicht ganz passte, verwendeten Astronomen normalerweise die Armstruktur, um sie im Diagramm zu platzieren.
Nun aber neue Beobachtungen haben mit all dem einen Affen in den Schraubenschlüssel geworfen . Diese Galaxien sind nicht die Ausnahme. Sie sind die Regel.
NGC 1398, eine vergitterte Spiralgalaxie, die einfach wunderschön ist. Kredit: DAS
NGC 1398, eine vergitterte Spiralgalaxie, die einfach wunderschön ist. Kredit: DAS
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Das kommt von Galaxy Zoo , ein „Citizen Science“-Projekt, das es der Öffentlichkeit ermöglicht, einfache Analysen realer Daten durchzuführen. Zum Beispiel liefern moderne Himmelsvermessungen so viele Daten, dass es für wenige Astronomen unmöglich ist, sich hinzusetzen und sie durchzuschleifen. Es stellt sich jedoch heraus, dass Nicht-Astronomen bei bestimmten Analyseaufgaben recht zuverlässig arbeiten können, wie zum Beispiel das Betrachten eines Bildes einer Spiralgalaxie und die Feststellung, ob die Arme fest gewunden oder offener sind. Studien haben gezeigt dass, wenn genügend Leute die Daten durchgehen, die Ergebnisse (bei Überprüfung durch Fachleute) insgesamt recht genau sind. Die Arbeit macht tatsächlich Spaß und beinhaltet nur ein einfaches Webinterface.
In diesem Fall präsentierte Galaxy Zoo den Menschen Daten aus der Sloan Digital Sky Survey. Mehr als 250.000 große, helle Galaxien wurden von 160.000 Menschen begutachtet, die einfache Fragen dazu beantworteten. Selbst die einfachsten Ergebnisse sind wichtig; Beispielsweise fanden sie heraus, dass 92 % der klassifizierten Galaxien spiralförmig oder elliptisch sind, während die restlichen 8 % unregelmäßig oder eigentümlich sind. Das sagt uns gleich etwas über große, helle Galaxien!
Aber es sind die Follow-ups, bei denen es interessant wurde. Als eine Untergruppe von Spiralgalaxien (solche mit leichter zu identifizierenden Merkmalen) nach ihrer Wölbungsgröße und Spiralarmwindigkeit (was Astronomen die Steigungswinkel ), fanden sie fast keine Korrelation zwischen den beiden!
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Es besteht eine schwache Korrelation darin, dass Galaxien mit großen Bulges tendenziell enger gewundene Arme bevorzugen, aber das war keineswegs die Regel. Und Galaxien mit kleineren Ausbuchtungen haben Arme über das gesamte Spektrum, von eng gewunden bis weit weg.
Dies widerspricht dem Hubble-Stimmgabel-Diagramm. Und es kommt noch besser: Sie fanden auch heraus, dass Galaxien mit Balken tendenziell mehr offene Arme haben. Dies sagt uns etwas Wichtiges darüber, wie sich Spiralgalaxien im Laufe der Zeit bilden und entwickeln. Aber was?
Die spektakuläre Spiralgalaxie M61, beobachtet vom 8,2 Meter großen Very Large Telescope. Kredit: DAS
Die spektakuläre Spiralgalaxie M61, beobachtet vom 8,2 Meter großen Very Large Telescope. Kredit: DAS
Sie könnten denken, dass sich Spiralarme bilden, weil Sterne in der Nähe des Zentrums der Galaxie aufgrund der Schwerkraft schneller umkreisen als weiter entfernte Sterne, sodass ein Spiralmuster auf natürliche Weise erscheint. Aber es gibt ein Problem dabei: Mit der Zeit würden die Arme aufwickeln und die Struktur zerstören. Der Gedanke war, dass wir so viele Galaxien mit Armen sehen, dass dies nicht die Art sein kann, wie die Dinge funktionieren.
So Astronomen hatten eine Idee als Dichtewellenhypothese bezeichnet. Spiralarme sind demnach eher wie Staus aus Sternen und Gas in einer Galaxie. Ein Stau auf einer Straße kann lange andauern, auch wenn einzelne Autos ein- und ausfahren. Spiralarme galten als das kosmische Äquivalent, bei dem sich aufgrund der komplizierten Physik der Schwerkraft einer galaktischen Scheibe spiralförmige Dichtewellen bilden. Sterne bewegen sich in sie hinein und aus ihnen heraus, aber die Welle selbst bleibt bestehen. Auf diese Weise werden die Arme mit der Zeit nicht hochgezogen.
Dies ist das grundlegende Paradigma, das Astronomen verwenden, und unzählige Artikel wurden darüber veröffentlicht … aber diese neuen Ergebnisse zeigen, dass dies möglicherweise nicht richtig ist. Diese Dichtewellenidee basiert auf dem Stimmgabeldiagramm, bei dem Arme und Wölbungen stark miteinander verbunden sind; die Physik der Dichtewelle verbindet die Spiralarme in gewisser Weise mit der Wölbungsgröße. Aber die Ergebnisse von Galaxy Zoo zeigen, dass etwas anderes vor sich geht, da die Arme im Allgemeinen nicht allzu viel Wert auf die Größe der Ausbuchtung legen.
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Was die für das Projekt verantwortlichen Astronomen postulieren, ist, dass sich Spiralarme aufgrund einer Art von Störung in der Galaxienscheibe bilden (ähnlich wie die Dichtewellenhypothese auch behauptet), aber das Muster ist nicht unbedingt anhaltend. Stattdessen können sich die Arme aufwickeln und mit der Zeit enger werden. Irgendwann wird das Muster zerstört, die Arme verschwinden und dann beginnt der Prozess von vorne.
Dies würde das Verhalten erklären, das sie in den Daten sehen. Obwohl sie nicht darauf eingehen, postulieren sie auch, dass ein zentraler Balken diesen Prozess irgendwie verlangsamt, da Balkengalaxien dazu neigen, mehr offene Arme zu haben. Der Zusammenhang dort ist allerdings noch nicht verstanden.
Wie hat Hubble das alles verpasst? Ganz einfach: Er und sein Team hatten eine sehr begrenzte Anzahl von Galaxien zu sehen. Sie hatten einfach nicht genug Proben, um starke Schlussfolgerungen zu ziehen. Moderne Durchmusterungen enthalten Tausende oder sogar Millionen von Galaxien, was eine weitaus bessere statistische Analyse ermöglicht.
Es ist lustig für mich; Wir verwenden Hubbles Diagramm seit all diesen Jahrzehnten, und der Grund, warum dies für diese Zeit übersehen wurde, sind ironischerweise so viele Daten! Es brauchte Galaxy Zoo und seine riesige Schar von Teilnehmern, um diese Daten zu sichten und jeder Person kleine Beträge zuzuweisen. Selbst Computer leisten keine perfekte Arbeit, da sie dazu neigen, mit unseren eigenen vorgefassten Vorstellungen für die Klassifizierung programmiert zu werden. Citizen Scientists arbeiten nicht unter dieser Last und sind frei, neue Dinge zu entdecken.
Wohlgemerkt, dies ist nur der erste Schritt in eine neue Richtung. Die Idee, dass sich Spiralarme aufwickeln, gibt es in der astronomischen Gemeinschaft schon seit einiger Zeit und gewinnt an Popularität, aber dies ist ein beträchtlicher Schub dafür. Jetzt müssen die Profis reinkommen und die Physik erarbeiten und die Beobachtungen auf eine Weise erklären, die sie vorher nicht gemacht haben.
Das ist aufregend. Was werden sie Neues entdecken, noch nicht berücksichtigte Prozesse, die auf Skalen von Zehn- und Hunderttausenden von Lichtjahren ablaufen?
Wie die Autoren betonen, gibt es selbst nach weit über einem Jahrhundert Studium der Spiralarme in Galaxien immer noch grundlegende Dinge an ihnen, die wir nicht verstehen. Hoffentlich ist dies ein großer Schritt, um das zu beheben.
