Gravitacinės sąveikos, potvyninės jėgos ir intensyvi žvaigždėdara nereguliariose formose
Ne visos galaktikos atitinka tvarkingus spiralių vijų ar glotnių elipsių kontūrus, aprašytus Hubble’o „derinimo šakutės“ schemoje. Dalies – nereguliarių galaktikų – formos yra chaotiškos, struktūros iškreiptos, dažnai vyksta intensyvūs žvaigždėdaros epizodai. Šios „nereguliarios“ galaktikos gali būti ir mažos masės nykštukės, nuolat trikdomos, arba stambios, bet dėl potvyninės sąveikos smarkiai iškraipytos. Tačiau tokios galaktikos nėra tik išimtis – jos atskleidžia, kaip gravitacinės sąveikos ir dujų tėkmės gali sukelti, atrodytų, netvarkingą, tačiau dinamiškai reikšmingą žvaigždėdarą. Šiame straipsnyje aptarsime nereguliarių galaktikų ypatybes, jų chaotiškų formų priežastis bei intensyvią žvaigždėdaros aplinką, kuri dažnai jas apibūdina.
1. Nereguliarių galaktikų apibrėžimas
1.1 Stebimos ypatybės
Nereguliarios galaktikos (trumpinys “Irr”) neturi aiškios disko, branduolio ar elipsinės formos, būdingos spiralinėms ir elipsinėms galaktikoms. Stebėjimų metu identifikuojamos pagal:
- Nesimetriškas, chaotiškas formas – nėra aiškaus branduolio– disko išdėstymo, gausu skirtingų žvaigždėdaros „mazgų“, paslinktų regionų ar dalinių lankų.
- Dulkių juostų ir dujų sankaupų padriką išsidėstymą, be akivaizdžios struktūrinės tvarkos.
- Dažnai didelę specifinę žvaigždėdarą – žvaigždžių formavimosi greitį, tenkantį vienai žvaigždžių masės daliai, galimai su ryškiomis H II sritimis ar superžvaigždžių telkiniais.
Nereguliarios galaktikos paprastai mažesnės ir mažesnės masės nei vidutinės spiralinės, nors yra išimčių [1]. Istoriškai astronomai jas skirsto į Irr I (turinčios šiokią tokią struktūrą) ir Irr II (visiškai amorfiškos).
1.2 Nuo nykštukių iki keistų formų
Dauguma nereguliarių – tai mažos masės nykštukinės galaktikos, turinčios silpną gravitacinį potencialą, lengvai sutrikdomos. Kitos galėtų būti keistos (peculiar) galaktikos, atsiradusios per susidūrimus ar sąveikas, dėl kurių kyla žvaigždėdaros protrūkiai ar potvyniniai likučiai. Nereguliarių „skėtis“ plačiai aprėpia objektus, netelpančius į aiškias spiralines, elipsines ar lęšines kategorijas.
2. Gravitacinės sąveikos ir potvyninės jėgos
2.1 Aplinkos įtaka
Nereguliarioms formoms dažnai impulsą suteikia grupių ar spiečių aplinka, kur dažnesni artimi prasilenkimai. Arba užtenka vienos artimos sąveikos su masyvia kaimyne, kad stipriai iškreiptų mažesnės galaktikos diską, palikdama jį „suplėšytą“ į nereguliarią formą:
- Potvyninės uodegos ar lankai atsiranda, kai kaimyno gravitacija „ištempia“ žvaigždes ir dujas.
- Asimetriškas dujų pasiskirstymas gali susidaryti, jei sistema iš dalies nuplėšiama arba dujų tėkmės nukreipiamos kitu keliu.
2.2 Palydovų ardymas
Hierarchinėje Visatoje smulkesnės palydovinės galaktikos dažnai skrieja aplink masyvesnes (pvz., Paukščių Taką), patirdamos pakartotinius potvyninius sukrėtimus, dėl kurių jos gali netekti diskų ir virsti „gniutulais“. Galop, šios palydovės gali būti visiškai „sukramtytos“ arba integruotos į pagrindinės galaktikos halą, o jų nereguliari forma reiškia tarpinę būseną [2].
2.3 Vykstantys susiliejimai
„Besąveikujančiose porose“, kur susidūrimas pažengęs, galaktikos gali atrodyti visiškai nereguliarios su ryškiu žvaigždėdaros suaktyvėjimu. Jei masių santykis didelis, labiau nukentės mažesnioji galaktika, prarasdama pradinę struktūrą į sūkurinį dujų ir jaunų žvaigždžių telkinių srautą.
3. Žvaigždėdaros protrūkiai nereguliariose
3.1 Didelės dujų atsargos
Nereguliarios galaktikos dažnai turi lyginant didelį dujų kiekį (ypač nykštukinės), suteikiantį sąlygas staigiai suintensyvėti žvaigždėdarai, jei dujos suspaudžiamos ar šokiruojamos. Sąveikos metu dujos gali būti nukreiptos į tankias sritis, maitindamos naujų žvaigždžių spietlių formavimąsi [3].
3.2 H II regionai ir „superžvaigždžių“ telkiniai
Nereguliarios dažnai turi ryškių H II regionų, išsibarsčiusių netvarkingai po galaktiką. Kai kurios suformuoja „superžvaigždžių“ (super star) telkinius – masyvius, tankius spietlius, galinčius talpinti nuo dešimčių tūkstančių iki milijono žvaigždžių. Tai lokalūs žvaigždėdaros židiniai, galintys išpūsti „superburbulus“ karštų dujų, dar labiau iškreipiančių galaktiką.
3.3 Vilf–Rajė (Wolf-Rayet) žvaigždžių pėdsakai ir itin aktyvi žvaigždėdara
Kai kuriose nereguliariose (pvz., Vilf–Rajė tipo galaktikose) žvaigždžių populiacijoje gausu masyvių, trumpai gyvuojančių WR žvaigždžių, rodant itin intensyvią ir neseną žvaigždėdarą. Tokia stadija gali ryškiai pakeisti galaktikos šviesį bei spektrą, net jei bendra masė lieka nedidelė.
4. Chaotiškų pasiskirstymų dinamika
4.1 Silpnas arba menkas sukimosi palaikymas
Priešingai nei spiralinėse galaktikose, daugelyje nereguliarių nėra aiškaus sukimosi greičio lauko. Vietoj to judėjimą lemia atsitiktiniai greičiai, lokali srovė ar dalinis sukimasis. Nykštukinėse nereguliariosiose kreivės gali kilti lėtai ar būti chaotiškos dėl silpnos gravitacijos, be to, potvyniniai efektai gali dar labiau tai iškreipti.
4.2 Dujų sūkuriai ir grįžtamasis ryšys
Aktyvi žvaigždėdara įneša energijos į tarpžvaigždinę terpę (supernovos sprogimai, žvaigždžių vėjai), kurdama srautus ar ištekėjimus. Esant silpnam gravitaciniam laukui, šie ištekėjimai lengviau plečiasi, formuojami netaisyklingi kevalai ar gijomis. Toks grįžtamasis ryšys ilgainiui gali išpūsti didelę dalį dujų, stabdydamas žvaigždėdarą ir palikdamas mažos masės sistemą.
4.3 Vystymasis ar perėjimo stadija
Dažnai nereguliarios galaktikos reiškia trumpalaikį evoliucijos etapą, kol jos kaupia masę iš dujų akrecijos arba artėja prie visiško suardymo ar įsiliejimo į didesnę sistemą. „Nereguliari“ išvaizda gali būti momentinė būsena, atspindinti nestabilią raidą, o ne nuolatinė morfologinė būsena [4].
5. Garsūs nereguliarių galaktikų pavyzdžiai
5.1 Didysis ir Mažasis Magelano Debesys (L/SMC)
Matomi iš Pietinio pusrutulio, šie Paukščių Tako palydovai yra klasikinės nykštukinės nereguliarios galaktikos su įstrižomis juostomis, išmėtytais žvaigždėdaros mazgais ir nuolatinėmis sąveikomis su mūsų Galaktika. Tai artimoji, geros skiriamosios gebos laboratorija, kur galima tyrinėti nereguliarias struktūras, žvaigždžių spiečius ir potvyninių jėgų įtaką [5].
5.2 NGC 4449
NGC 4449 – ryški nykštukinė žvaigždėdaros nereguliarioji, pasižyminti gausiomis H II sritimis ir jaunais žvaigždžių spiečiais, išsibarsčiusiais po diską. Sąveikos su netolimomis galaktikomis tikriausiai išjudino dujas ir paskatino rimtą žvaigždėdaros suaktyvėjimą.
5.3 Neįprastos sistemos susiliejimų metu
Tokios galaktikos kaip Arp 220 ar NGC 4038/4039 („Ūsorių galaktikos“) gali atrodyti nereguliarios dėl intensyvių susijungimų sukeltų žvaigždėdaros protrūkių ir potvyninių deformacijų – tačiau ilgainiui jos gali „nurimti“, tampa elipsinių ar diskinių objektų liekanomis.
6. Formavimosi scenarijai
6.1 Nykštukinės nereguliarios ir kosminės dujos
Nykštukinės nereguliarios galbūt yra „pradinės“ sistemos, kurios neįgijo pakankamos masės ar kampinio momento stabiliam diskui suformuoti arba jau patyrė išorinio poveikio. Dėl didelio dujų kiekio galimos protarpinės žvaigždėdaros bangos, lokaliai sukuriančios ryškius jaunų žvaigždžių regionus.
6.2 Sąveika ir iškraipymai
Spiralinės ar lęšinės galaktikos gali tapti nereguliarios, jei jas stipriai pakoregavo:
- Artimi prasilenkimai: Potvyninės uodegos ar dalinis suardymas.
- Menki/stambūs susijungimai: Kai diskas nėra visiškai sunaikinamas, tačiau ima atrodyti chaotiškai.
- Nuolatinė dujų akrecija: Jei gijos asimetriškai tiekia dujas, galaktikos diskas gali taip ir neįgyti „tvarkingos“ struktūros.
6.3 Perėjimo būsenos
Kai kurios nereguliarios galaktikos vėliau gali tapti nykštukinėmis sferoidinėmis, jeigu žvaigždėdara nutrūksta, o likusios dujos išpučiamos supernovų vėjų, paliekant neryškią, seną žvaigždžių sistemą. Arba, nereguliarioji gali prisijungti daugiau masės ir stabilizuotis į įprastesnę spiralinę formą, jei gaunamas kampinis momentas ir diskas „susitvarko“ [6].
7. Žvaigždėdaros sąsajos
7.1 Kennicutt–Schmidt dėsnis
Nors nereguliarios paprastai turi mažesnę bendrą masę, jos gali rodyti didelį žvaigždėdaros intensyvumą kvadratiniame plote. Dažnai laikomasi Kennicutt–Schmidt dėsnio (SFR ∝ Σgasn), kur n ≈ 1.4. Tankiose žvaigždėdaros srityse didelis molekulinių dujų tankis itin sustiprina SFR intensyvumą.
7.2 Metalų kitimai
Dėl protarpinių žvaigždėdaros bangų nereguliarios galaktikos gali turėti netolygų ar specifinį metalų pasiskirstymą, su cheminiais netolygumais, atsirandančiais dėl netolygaus sumaišymo ar išpučiamo vėjo. Stebint šiuos metalingumo raštus, galima atsekti žvaigždėdaros istoriją ir dujų judėjimą.
8. Stebėjimo ir teoriniai požiūriai
8.1 Artimos nykštukinės nereguliarios
Tokios sistemos kaip Magelano debesys, IC 10, IC 1613 yra artimos nykštukės, tirinėjamos itin detaliai Hubble arba antžeminiais teleskopais. Jose nagrinėjamos žvaigždžių spiečių populiacijos, H II struktūros, tarpžvaigždinės terpės dinamika. Tai puikūs taikiniai žvaigždėdaros tyrimams mažos masės, žemų metalų aplinkoje.
8.2 Didelio raudonojo poslinkio analogai
Ankstyvoje Visatoje (z>2) daug galaktikų atrodė „gniutulinės“ ar nereguliarios, rodant, kad nemažai kosminės žvaigždėdaros galėjo vykti nestabiliose ar sutrikusiose struktūrose. Dabartiniai prietaisai (JWST, dideli antžeminiai teleskopai) aptinka daugybę aukšto z galaktikų, neįtelpančių į klasikinius disko/elipsės rėmus, panašiai kaip vietinės nereguliarios, tačiau su didesne mase ar žvaigždėdaros greičiu.
8.3 Simuliacijos
Kosmologinės simuliacijos sujungia dujų dinamiką ir grįžtamąjį ryšį, leisdamos susidaryti nereguliarioms nykštukėms, potvyninėms nykštukėms ar žvaigždėdaros „mazgams“, primenantiems stebimas nereguliarias galaktikas. Šie modeliai rodo, kaip net nedideli skirtumai dujų akrecijoje, grįžtamojoje energijoje ar aplinkoje gali išsaugoti ar sutrikdyti galaktikų morfologinę tvarką [7].
9. Išvados
Nereguliarios galaktikos atspindi „chaotiškąją“ galaktikų evoliucijos pusę – jų formos netvarkingos, žvaigždėdaros židiniai išdėstyti fragmentiškai, o morfologiją veikia potvyninės jėgos, sąveikos ir žvaigždėdaros „sprogimai“. Nuo netolimų nykštukinių pavyzdžių (Magelano Debesys) iki tolimų žvaigždėdaros protrūkių ankstyvoje Visatoje, nereguliarios atskleidžia, kaip išoriniai gravitaciniai trikdžiai bei vidinis grįžtamasis ryšys gali formuoti galaktikas, nepaisant įprastų Hubble’o kategorijų.
Kylant mūsų supratimui iš daugiabangės stebėsenos ir pažangių simuliacijų, nereguliarios galaktikos tampa nepakeičiamos norint suvokti:
- Mažos masės galaktikų raidą grupių ir spiečių aplinkoje,
- Sąveikų vaidmenį, skatinant žvaigždėdarą,
- Pereinamas morfologines būsenas Visatos „kosminiame zoologijos sode“, parodančias, kaip galaktikos gali pereiti iš vienos kategorijos į kitą per potvynines ir grįžtamojo ryšio įtakas.
Taigi, nereguliarios galaktikos liudija stiprų gravitacinės sumaišties ir žvaigždėdaros aktyvumo ryšį, išryškindamos įspūdingiausius – ir moksliniu požiūriu svarbius – vaizdus tiek artimoje, tiek tolimiausioje Visatoje.
Nuorodos ir platesnis skaitymas
- Holmberg, E. (1950). “A classification system for galaxies.” Arkiv för Astronomi, 1, 501–519.
- Mateo, M. (1998). “Dwarf Galaxies of the Local Group.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 36, 435–506.
- Hunter, D. A. (1997). “The Star Formation Properties of Irregular Galaxies.” Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 109, 937–949.
- Gallagher, J. S., & Hunter, D. A. (1984). “Star Formation Histories and Gas Content of Irregular Galaxies.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 22, 37–74.
- McConnachie, A. W. (2012). “The Observed Properties of Dwarf Galaxies in and around the Local Group.” The Astronomical Journal, 144, 4.
- Tolstoy, E., Hill, V., & Tosi, M. (2009). “Star-Forming Dwarf Galaxies.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 47, 371–425.
- Elmegreen, B. G., Elmegreen, D. M., & Leitner, S. N. (2003). “Bursting and Flickering Star Formation in Low-Mass Galaxies: Star Formation Histories and Evolution.” The Astrophysical Journal, 590, 271–277.