Zagonetka Magellanovih oblaka

Najveće iznenađenje koje su pružili Magellanovi oblaci je svakako otkriće tzv. Magellanovog potoka. To je rep vodikovog plina koji izlazi iz Magellanovih oblaka i proteže se duž više od 1/4 južnog neba.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja2919


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao Bojan Vršnak, a objavljen je u časopisu Čovjek i svemir broj 3-4, iz 1985-1986. godine.

Na južnom nebu, uvijek skriveni ispod horizonta za nas promatrače iz sjevernih širina, sjaje dva veličanstvena magličasta objekta: Veliki i Mali Magellanov oblak. Te dvije omanje galaktike najbliži su susjedi Mliječne Staze: Veliki Magellanov oblak (VMO) udaljen je 160 tisuća svjetlosnih godina, dok je Mali Magellanov oblak (MMO) četrdesetak tisuća svjetlosnih godina udaljeniji. Slijedeći susjedi su mnogo dalje, kao na pr, spiralna galaktika u Andromedi udaljena je više od dva milijuna svjetlosnih godina.

Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 4-5, iz 1985./1986. godine.
Nakon što su prvi puta opisani 1521. godine za vrijeme Magellanove ekspedicije oko svijeta, pali su neko vrijeme u zaborav da bi kasnije, postali neobično dragocjeni za mjerenja udaljenosti van naše Galaktike. Naime, pulsirajuće promjenljive zvijezde u Magellanovim oblacima poslužile su u otkrivanju relacije između perioda promjene sjaja i sjaja koji je jedan od glavnih oslonaca u određivanju udaljenosti bližih galaktika.

Veliki Magellanov Oblak najbliži je susjed naše Galaktike, udaljen od nas 180.000 svjetlosnih godina.
U njemu se nalazi najveća poznata emisiona maglica zvana 30 Doradus, ili Tarantula ("čipkasta"
tvorevina na gornjem dijelu slike). Emisione maglice sastoje se uglavnom od vodika ioniziranog
ultraljubičastim zračenjem sjajnih, plavičastih centralnih zvijezda koje se nalaze unutar maglice.
Za Magellanove oblake često se kaže da su sateliti ili pak patuljasti pratioci naše Galaktike. Međutim, oni su zapravo galaktike osrednje veličine i maleni su jedino u usporedbi s Mliječnom Stazom koja je zapravo prilično velika spiralna galaktika. Također, tvrdnja da su Magellanovi oblaci pratioci odnosno sateliti Mliječne Staze, nije potpuno čvrsta - nije baš sigurno da su zarobljeni gravitacijom naše Galaktike. Sigurno je međutim jedno: na Magellanove oblake snažno djeluju plimne sile uvjetovane njihovim međusobnim gravitacijskim djelovanjem, kao i gravitacijskim djelovanjem Mliječne Staze što je dovelo do njihovog deformiranja kao i do čitavog niza zanimljivih pojava u njihovoj evoluciji, o čemu danas već više znamo.

Mali Magellanov Oblak 5 puta je manjeg promjera od naše Mliječni Staze, a masa mu
je četrdesetak puta manja. Udaljen je od nas oko 200.000 svjetlosnih godina.
VMO i MMO klasificirani su kao nepravilne galaktike. Ne mogu se svrstati niti u spiralne niti u eliptične galaktike. Obje galaktike imaju slabo razvijenu "prečku" (pojava vezana uz dio spiralnih galaktika: spiralni kraci ne izlaze iz galaktičke jezgre nego iz prečke koja prolazi jezgrom galaktike). Kod VMO čak se nazire spiralna struktura, međutim, niti VMO niti MMO nemaju jasno izraženu jezgru.
Za razliku od Mliječne Staze u kojoj tek 2% mase sačinjava međuzvjezdani plin, VMO i MMO veoma obiluju plinom: oko 10% mase VMO i 30% mase MMO čini neutralni međuzvjezdani vodik. Uz to, Magellanovi oblaci sadrže veći broj mladih, tek stvorenih zvijezda. Oblaci su "ukrašeni" mnoštvom mladih i vrlo sjajnih plavih zvijezda koje sjaje i po milijun puta jačim sjajem negoli naše Sunce, a imaju i po stotinjak puta veću masu. Te su zvijezde često okružene blještavim oblacima vodika, ioniziranog ultraljubičastim zračenjem centralnih zvijezda. Ovakvi oblaci nazivaju se emisionim maglicama, a VMO sadrži najveću od svih poznatih: tzv. emisionu maglicu 30 Doradus, ili popularno zvanu Tarantula.

"Zasjenjene" blještavilom velikih zvijezda, sjaji u oblacima i veliki broj manjih i manje sjajnih zvijezda. One su nerijetko grupirane u tzv. kuglaste skupove - česte objekte u galaktikama. U Mliječnoj Stazi kuglaste skupove sačinjavaju vrlo stare zvijezde i po deset milijardi godina - skoro isto koliko i sama galaktika. Naprotiv, u kuglastim skupovima Magellanovih oblaka zvijezde su različite starosti, čak su neke mlađe i od 100 milijuna godina. Očito, VMO i MMO su se drugačije razvijali nego Mliječna Staza. Općenito je prihvaćeno mišljenje da je Mliječna Staza nastala vrlo brzim sažimanjem prvobitnog oblaka vodika i helija, u procesu koji je trajao svega 200 milijuna godina. Prva generacija zvijezda - uključujući i one u kuglastim skupovima kondenzirala se prije negoli je formiran galaktički disk, tako da su njihove staze vrlo nagnute prema galaktičkoj ravnini, tvoreći tako tzv. sferni halo oko Mliječne Staze. Kasnije generacije formirane su u galaktičkom disku pa i njihove putanje leže u galaktičkoj ravnini.

VMO i MMO su vjerojatno nastali sažimanjem u približno isto vrijeme kao i Mliječna Staza, ali stvaranje zvijezda i kuglastih skupova nije bilo toliko izraženo kao u Mliječnoj Stazi. Sve do otprilike dvije milijarde godina unazad (toliko je naime stara većina zvijezda u Magellanovim oblacima) oblaci su bili uglavnom sastavljeni od oblaka plina i s vrlo malo zvijezda. Prije dvije milijarde godina morao se zbiti neki, za Magellanove oblake vrlo značajan događaj, koji je doveo do naglog stvaranja mnoštva zvijezda.

Zahvaljujući radioteleskopima...

Iako su Magellanovi oblaci promatrani svim tehnikama kojima raspolaže modema astrofizika, najuzbudljivija otkrića proizašla su iz radioteleskopskih promatranja. Promatranjima neutralnog vodika koji zrači na valnoj dužini od 21 cm omogućeno je da se bolje upozna struktura i evolucija oblaka. Prvo iznenađenje u ranijim promatranjima bilo je otkriće prostranih omotača sastavljenih od neutralnog vodika, kao i plinovitog mosta koji spaja oblake. Mjerenjem radijalnih brzina utvrđeno je da se VMO može predočiti kao rotirajući disk, ali sa znatno poremećenim sistemom gibanja u dijelu koji je vezan s plinovitim mostom. S druge strane, raspodjela brzina je u MMO na prvi pogled potpuno kaotična, bez ikakvog sistema. Prije nekoliko godina, grupa astronoma pod vodstvom Dona Mathewsona, nakon pažljive analize ipak je otkrila pravilnosti u sistemu. Ponašanje izmjerenih radijalnih brzina se može objasniti ukoliko se pretpostavi da MMO zapravo čine dvije galaktike koje su slučajno u pravcu doglednice, pa jedna "prekriva" drugu. Obje galaktike imaju sistem brzina koji ukazuje da su one rotirajući diskovi s nepravilnostima u gibanjima u pravcu VMO. Ideja o dvije galaktike umjesto jedne, ujedno je razriješila problem uočen već ranije: utvrđeno je da MMO mora biti "dubok" 30 tisuća godina svjetlosti - mnogo previše za normalne galaktike. Mjerenjem radijalnih brzina oblaka vodika i zvijezda u mostu između VMO i MMO otkriveno je da i most ima "dvojnu" strukturu tj. da po jedan krak spaja VMO s obje komponente MMO.


Godine 1912. Henriette Leavitt (jedna od najpoznatijih žena među astronomima) otkrila je, proučavajući pulsirajuće promjenljive zvijezde (tzv. cefeide) u Magellanovim oblacima, da je period promjenu sjaja ovisan o samom prosječnom sjaju zvijezde. To znači, da što je zvijezda sjajnija to ima duži period promjene sjaja. Kako su sve zvijezde u Magellanovim oblacima približno jednako daleko od nas, to je značilo da je otkrivena veza između perioda i apsolutnog sjaja cefeida (apsolutni sjaj zvijezde je "standardizirani" sjaj tj. sjaj koji bi imala neka zvijezda kada bi bila na udaljenosti od 10 parseka). Kako su cefeide vrlo sjajne zvijezde, mogu se otkriti i u drugim galaktikama. Kada se odredi period promjene sjaja cefeide u nekoj galaktici, iz relacije period-sjaj koji je otkrila Miss Leavitt, moguće je saznati njen apsolutni sjaj. Iz razlike između apsolutnog sjaja i onog Izmjerenog, tada je lako odrediti udaljenost cefeide, a samim time i udaljenost galaktike.
Tako su Magellanovi oblaci omogućili uvođenje jedne od najplodonosnijih znanstvenih metoda u astronomiji.

Najveće iznenađenje koje su pružili Magellanovi oblaci je svakako otkriće tzv. Magellanovog potoka. To je rep vodikovog plina koji izlazi iz Magellanovih oblaka i proteže se duž više od 1/4 južnog neba. Prethodno nevidljiv, ovaj plinoviti rep počeo se razotkrivati krajem šezdesetih godina, da bi mjerenja provedena početkom sedamdesetih pokazala da je njegova dužina na nebu veća od 60°. Don Mathewson i njegova grupa utvrdili su da je plinoviti rep stvarno povezan s Magellanovim oblacima te da je njegova ukupna dužina na nebu veća od 110°! U prilog ovom otkriću ide i činjenica da je raspored radijalnih brzina u repu pravilan, tj. da su brzine najmanje u blizini Oblaka, te da rastu s udaljenošću od njih, kao i činjenica da gustoća u repu opada s udaljenošću od Oblaka.

Svojstva repa upućivala su na povezanost Magellanovih oblaka s našom Galaktikom. Teorija koja bi objasnila nastanak repa morala bi uzeti u obzir četiri nezaobilazne promatračke činjenice:
1) rep se proteže u ravnini koja je okomita na ravninu diska Mliječne Staze i koja prolazi njegovim centrom;
2) rep je jače vezan uz MMO, iako je njegovo ishodište negdje između VMO i MMO;
3) radijalne brzine u repu povećavaju se s udaljenošću od Magellanovih oblaka i to veoma pravilno (slijede sinusnu zavisnost);
4) za razliku od mosta između VMO i MMO u repu nema formiranih zvijezda.

Na slici je shematski prikazan međusobni položaj Mliječne Staze (MS), Velikog Magellanovog oblaka (VMO), te obje
komponente Malog Magellanovog oblaka (MMO). Komponente MMO leže u smjeru doglednice, crtkana linija, pa se
gledano iz našeg Sunčevog sustava (S) prekrivaju. Nacrtan je i položaj Magellanovog "repa" koji prolazi južnim
galaktičkim polom (slika je radi jednostavnosti okrenuta tako da je smjer južnog galaktičkog pola okrenut
prema gore), kao i plinoviti "mostovi" koji spajaju VMO s obje komponente MMO.
Najpopularnija hipoteza o nastanku repa povezana je s plimnim silama koje nastaju zbog gravitacijskog djelovanja Mliječne Staze, te međudjelovanja VMO i MMO. Numeričkim simuliranjem, uz pretpostavku da se Magellanovi oblaci gibaju po eliptičnoj putanji oko Mliječne Staze (tj. da su gravitacijski vezani uz našu galaktiku) s periodom od oko 2 milijarde godina, uspjeli su japanski astrofizičari Tadayuki Murai i Mitsuaki Fujimoto reproducirati oblik mosta između VMO i MMO. Također i oblik repa i raspodjelu radijalnih brzina u njemu, te rascijepljenost MMO u dvije galaktike. Ove pojave, u njihovoj hipotezi, posljedica su bliskog "susreta" Malog i Velikog Magellanovog oblaka. Ovaj model, iako vrlo točno reproducira praktički sve promatračke činjenice, ima i vrlo velikih problema.

Galaktike se mogu podijeliti prema svome obliku na nekoliko vrsta: eliptične (a), normalne spiralne (b), spiralne s prečkom (c)
i nepravilne galaktike (d). Magellanovi oblaci su nepravilne galaktike bez jasno izražene jezgre, ali imaju slabo razvijene
prečke blizu centra, te vrlo slabu razvijenu spiralnu strukturu.
Da bi proračuni točno opisali poznatu situaciju, mora se pretpostaviti da Mliječna Staza ima vrlo masivan plinoviti omotač čija je masa desetak puta veća od "vidljive" mase naše Galaktike! Drugi, još veći problem, je u tome što proračuni daju dobre rezultate jedino ako se simulira samo zadnji ophod Magellanovih oblaka. Ukoliko su Magellanovi oblaci sateliti Mliječne Staze (tj. gibaju se po eliptičnim putanjama), te su povezani s njom oko 10 milijardi godina (koliko je stara naša Galaktika), oni su u tom periodu prošli nekoliko ophoda. Ako se pokušaju simulirati zbivanja u toku tih 10 milijardi godina, rezultati daju potpuno pogrešnu sliku. Moguće objašnjenje je da Magellanovi oblaci nisu oduvijek bili vezani za našu Galaktiku, nego je VMO "uhvatio" MMO prije dvije milijarde godina! To bi ujedno moglo objasniti "masovno" stvaranje zvijezda prije dvije milijarde godina - poticaj za "eksploziju" rađanja zvijezda mogao je biti bliski susret VMO i MMO.

Astronomi su načinili tri modela sistema Magellanovih oblaka: plimni (a), primordialni (b) i hidrodinamički (c). Plimni
model pretpostavlja da su Magellanovi oblaci sateliti naše Galaktike barem 1,8 milijardi godina, dok druga dva
pretpostavljaju da se Oblaci gibaju hiperboličkim putanjama, tj. da nisu "zarobljenici" gravitacije naše Galaktike.
Kako ovaj "plimni" model ne može zadovoljavajuće objasniti postojeću situaciju (vrlo je mala vjerojatnost susreta i "vezanja" dviju galaktika), nikle su dvije nove hipoteze: tzv. primordialna i hidrodinamička.

Primordialni model je najjednostavniji: rep je plinoviti "trag" na putanji iza Magellanovih oblaka. Time rep "razotkriva" putanju Oblaka i omogućuje njeno točno izračunavanje. Ukoliko se uzmu u obzir promatračke činjenice, tada je putanja hiperbolička, tj. otvorena što znači da Magellanovi oblaci nisu zarobljeni gravitacijskim djelovanjem Mliječne Staze, tj. nisu njegovi sateliti. Po primordialnom modelu, oni su došli iz smjera Andromedine galaktike, najviše se približivši Mliječnoj Stazi na 160 tisuća godina svjetlosti, da bi sada već bili na putu dalje, u međugalaktički prostor. Poteškoća ove hipoteze je što ne objašnjava uzrok nastanka i strukturu repa s nekoliko gustih područja. Pretpostavka tog modela je da je rep nastao zbog utjecaja plina u halou naše Galaktike, prigodom prolaska Oblaka kroz njega. Materijal haloa opire se gibanju stvaranjem "čelnog" pritiska koji je mogao "oljuštiti" dio plina iz mosta među Magellanovim oblacima, te tako stvoriti rep (iz istog razloga zbog kojeg zrak može skinuti kapu s glave biciklista). Ukoliko je model ispravan može se odrediti gustoća plina u halou Mliječne Staze. Uz pretpostavku da se Oblaci gibaju brzinom od 200 km/sek, ta gustoća iznosi oko 200 atoma na kubični metar. Postojanjem čelnog pritiska može se uz ovakvu gustoću objasniti i nesimetričnost opažena u oblacima plina u Magellanovim oblacima, jer baš na čelnoj strani postoje zgušnjenja i veliki gradijenti gustoće.

Hidrodinamički model (ili model turbulentne brazde kako je još nazvan) pruža najviše objašnjenja za zagonetke koje su postavila promatranja. Kao i u primordialnom modelu i ovdje glavnu ulogu igra plin iz haloa Mliječne Staze, međutim, opažene pojave se objašnjavaju bitno drugačijim efektima. Po ovoj hipotezi, prolazak Magellanovih oblaka kroz halo stvorio je vrtložna gibanja u tamošnjem plinu. Na mjestu vrtloga došlo je do zgušnjavanja i hlađenja plina (ovo odmah objašnjava opažena zgušnjenja u repu) pa su ti dijelovi počeli "tonuti" prema centru Mliječne Staze. Time se može objasniti i raspodjela radijalnih brzina u repu: dijelovi koji su dalje od Oblaka, formirani su ranije, pa su duže vremena podvrgnuti ubrzanju zbog gravitacijskog privlačenja naše Galaktike. Problem ovog modela je u tome što nije sasvim sigurno da li bi vrtloženje dovelo do zgušnjavanja i hlađenja plina.
Koja je sudbina Magellanovih oblaka? Odgovor ovisi o tome koliku energiju gube zbog "trenja" pri gibanju kroz galaktički halo. Postoje mišljenja da su Oblaci već izgubili dovoljno energije, te da su iz hiperboličke putanje prešli na eliptičnu, odnosno, bolje reći spiralnu, po kojoj polako padaju prema Mliječnoj Stazi, da bi s njom doživjeli "sudar" za oko dvije milijarde godina. To, naravno, ne bi bio klasičan sudar poput sudara dva kruta tijela. Zvijezde Magellanovih oblaka prošle bi bez sudara kroz Mliječnu Stazu, zbog ogromnih međuzvjezdanih udaljenosti, ali bi međuzvjezdani plin bio "oljušten" iz Oblaka. Neka promatranja drugih galaktika pokazuju da ovakav galaktički kanibalizam nije rijedak u Svemiru.

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!