Hubbles stemmegaffel og klassifikation af galakser

Tillægslæsning fra www.astronomynotes.com

• Typer af galakser
• Spiraler
• Irregulære galakser

Tidende med hans opdagelse af cepheidstjerner i Andromeda arbejdede Edwin Hubble i midten af 1920’erne på at studere andre galakser mere detaljeret (selv om det på det tidspunkt stadig var almindelig terminologi at betegne dem som tåger). Når en ny klasse af objekter bliver opdaget, er det ofte sådan, at astronomer opfinder et klassifikationsskema som et første skridt for at forsøge at forstå disse objekter. Hubble er krediteret for at have skabt et klassifikationsskema for galakser, som normalt omtales som hans “Tuning Fork”-diagram.

Figur 9.2: Diagram over Hubbles Tuning Fork-klassifikationsskema fra Hubblesite. Dette er en klassisk type billede, der stadig bruges af astronomer i dag til at vise, hvordan galakser klassificeres. Til venstre ses fire billeder af elliptiske galakser, der går fra næsten cirkulære / sfæroidale (E0-typen) til meget langstrakte elliptiske / ellipsoide (E7). Herefter følger et billede af en S0-galakse, som betragtes som et overgangsobjekt med nogle egenskaber, der ligner spiralgalakser, og andre, der mere ligner elliptiske galakser. På dette punkt i diagrammet gafler “stemmegaffel”-formen — med tre billeder af spiralgalakser øverst og tre billeder af barberede spiralgalakser nederst. Efterhånden som man bevæger sig langs toppen fra Sa til Sb til Sc eller langs bunden fra SBa til SBb til SBc, åbner armene sig bredere, og den centrale udbuling bliver mindre fremtrædende.

Kredit: Space Telescope Science Institute

Hubble Tuning Fork er blevet reproduceret mange gange med mange forskellige sæt af galaksebilleder. En særlig detaljeret version blev produceret af Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS) gruppen. Gruppen har skrevet en kort artikel med en beskrivelse af deres arbejde, som du kan læse. Hvis du ønsker at printe det ud som en plakat i fuld størrelse til dit klasseværelse, har de stillet en 4200×3600 TIFF-fil til rådighed, som giver tilstrækkelig opløsning til at gøre det.

Det bliver meget tydeligt efter at have observeret blot nogle få galakser, som Hubble gjorde, at der er en stor variation af typer. Nogle er uden kendetegn, mens andre har meget tydelige spiralarmer. Nedenfor er der links til en række billeder af de forskellige galaksetyper. Når I har set på en række forskellige galakser, vil vi diskutere Hubbles klassifikationsskema nedenfor.

Edwin Hubble klassificerede galakser ved hjælp af de typer, som du ser illustreret på de to stemmegaffelbilleder; det ovenstående og SINGS-billedet. Hans hovedtyper er:

• Spiraler,
• Barrede spiraler,
• Elliptika,
• og uregelmæssige.

Indenfor hver af disse grupper er der også underklassifikationer.

Spiralgalakser

En spiralgalakse er klassificeret som en S-galakse med underklassifikation a, b eller c, så for eksempel M51 ovenfor er klassificeret som en Sb-galakse. Underklasserne er opdelt på baggrund af dominansen af galaksens bulgekomponent. I Sa-galakser dominerer bulgen galaksen, mens bulgen er meget mindre i Sc-galakser. Dette er mærket på SINGS Tuning Fork.

Spiralarmenes udseende ændrer sig også mellem a-, b- og c-underklasserne. I Sa-galakser er armene stramt viklet rundt om bulgen, mens armene i Sc-galakser er meget løsere og ofte ser mere klumpede ud end de glatte arme i en Sa-galakse. Sb-galakser har egenskaber, der ligger mellem Sa- og Sc-galakserne.

Vi kan klassificere kantede spiralgalakser på baggrund af udseendet af deres bulge, selv uden at kunne se spiralarmene. Så for eksempel kan den kantede spiralgalakse M104 – Sombrero-galaksen, der ses nedenfor, klassificeres som en Sa-galakse.

Figur 9.3: Hubble-billede af M104, en Sa-spiralgalakse set med kanten på

Her er en anden kantet spiralgalakse, NGC 4565. Kan du gætte, hvilken type den ville blive tildelt, Sa, Sb eller Sc? Hvad er den mest tydelige forskel mellem NGC 4565 og M104?

Figur 9.4: Jordbaseret billede af NGC 4565

Kredit: NOAO / AURA / NSF

Da Mælkevejen er en spiralgalakse, kan man betragte dens egenskaber som illustrative for spiralgalakser i almindelighed. Spiralgalakser som Mælkevejen indeholder ofte store mængder gas og støv, og på grund af tilstedeværelsen af gas findes der mange unge stjerner og stjernedannende regioner. Farverne i spiralgalakser varierer fra sted til sted i galaksen, men på grund af tilstedeværelsen af O&B-stjerner i disse galakser har deres generelle farver en tendens til at være mod den blå ende af spektret.

Barrede spiraler

I nogle spiralgalakser har bulen en veldefineret BAR, der går gennem bulen. Hubble klassificerede disse galakser ved at betegne dem som SB-galakser med underklasserne a, b og c, ligesom de normale spiraler. Spiralarmene i barberede spiraler ser ud til at udgå fra barens ender i stedet for i bulgen, som de gør i normale spiraler. Vi mener, at Mælkevejen er en barred spiral, måske en SBb- eller SBc-type. Det skematiske billede af Mælkevejen, som du studerede i en tidligere lektion, viser Mælkevejens bjælke. Ud over tilstedeværelsen af barren er egenskaberne ved barred spiralgalakser meget lig normale spiraler.

Elliptiske galakser

Elliptiske galakser (type E i Hubbles skema) er karakterløse galakser, der ser ud til blot at være en kugle af stjerner. De har heller ikke tydelige støvbaner og gasskyer, som vi ser i spiralgalakserne. Der er ingen Hubble-billedrundvisning af en elliptisk galakse, fordi der ikke er nogen træk at se! Uden gas og støv er der ingen unge stjerner eller stjernedannende regioner, som man ser i typiske elliptiske galakser. De overordnede farver og spektrer i elliptiske galakser ligner meget K-stjerner, da de er domineret af disse ældre, røde stjerner.

Underklasserne af den elliptiske klasse er tildelt numre baseret på, hvor runde de fremstår. De rundeste elliptiske galakser betegnes E0-galakser, og de mest elliptisk formede galakser, som vi har observeret, betegnes E7-galakser. Den numeriske betegnelse bestemmes af forholdet mellem objektets store akse (a) og lille akse (b). Ellipticiteten er defineret som e = 1 – (b/a), så en cirkel vil have en ellipticitet på 0, og en meget elliptisk galakse med en lille akse på 30 % af længden af dens store akse vil have en ellipticitet på e = 1 – (3 / 10) = 0,7. En E0-galakse har en ellipticitet på 0, og en E7-galakse har en ellipticitet på 0,7, så for at bestemme Hubble-klassifikationen skal man gange ellipticiteten med 10. Vær opmærksom på, at ligesom med spiralgalakser er vores billede af dette objekt en 2D-projektion af et 3D-objekt, og at klassifikationen derfor kun fortæller dig, hvordan det ser ud fra dit synspunkt. Hvis du betragter en fodbold som en anstændig analogi for en elliptisk galakse (se billedet nedenfor), kan du se dens elliptiske karakter, hvis du ser på den fra siden som på billedet, hvis du ser på den fra siden. Men hvis man ser på den fra fodboldspidsen, vil den se ud som om den er cirkulær. Så en elliptisk galakse, der for os ser ud som en E0, vil måske se ud som en E7 for en observatør, der bor i en fjern galakse med et andet synspunkt end vores.

Figur 9.5: Amerikansk fodbold

Kilde: Wikimedia

Der findes nogle galakser, der ser ud til at ligge mellem elliptiske og spiralformede galakser. De er skivegalakser med buler, men de har meget lidt eller ingen gas og støv som andre spiraler. Deres skiver viser heller ikke tegn på spiralarme. Disse galakser kaldes normalt for linsegalakser eller S0-galakser.

Irregulære galakser

Sidst har vi kategorien “diverse”. Alt, der er så usædvanligt, at det ikke kan indpasses i nogen af de normale kategorier, kaldes en irregulær galakse. Der er også to underklasser i denne gruppe. Irregulære I-galakser (som Magellanskyerne) ser ud til at have en vis spiralstruktur, men den ser ud til at være blevet afbrudt. Irregulære II-galakser er meget mere forstyrrede end Irregulære I-galakser og ser ud som om, de har været ofre for en eller anden form for voldsom hændelse, der har ødelagt deres oprindelige form fuldstændigt. Mange irregulære galakser viser sig at indeholde mange unge stjerner og at have en betydelig igangværende stjernedannelse.

Sammenfattende…

På dette punkt skal det bemærkes, at klassifikation af galakser ikke er et meget præcist foretagende. Faktisk vil man, hvis man foretager opfølgende forskning om nogle af de ovennævnte galakser, finde en række forskellige klassifikationer givet for det samme objekt. F.eks. kan M81 findes med betegnelserne Sa eller Sb. Afhængigt af den type observationer, der er foretaget (f.eks. optiske observationer vs. infrarøde observationer), kan en stregspiral have en fremtrædende streg på ét billede, og den kan være næsten uopdagelig på et andet billede. Så man kan finde den samme galakse klassificeret som en Sb eller en SBb, afhængigt af hvordan den blev observeret.

Der er mange andre egenskaber ved galakser, som vi kan diskutere i detaljer, men for at afslutte vores diskussion af normale galakser, bør vi kort diskutere størrelsen af typiske galakser. Blandt spiraler og barred spiraler er der en rimelig grad af ensartethed. Nogle spiralgalakser, som M33, er målbart mindre end andre, som M31, der er ca. fire gange større. Generelt er forskellene dog små. Inden for klassen af elliptiske galakser er der derimod et meget større størrelsesinterval. Nogle galakser kaldes dværgelliptiske galakser, fordi de har mange af de elliptiske galaksers egenskaber til fælles, men er betydeligt mindre og mindre massive. NGC 205 er et eksempel herpå. Hvis vi foretager en optælling af galakserne i universet, viser det sig, at dværgelliptiske galakser talmæssigt set er den mest almindelige type galakse i universet.