Pokud jde o okamžitou a rozšířenou přitažlivost, astronomické diagramy to mají těžké. Máme důvod Nejúžasnější vesmírné snímky roku 2012 , ale ne „Nejlepší diagramy astronomie 2012“. Ale pravděpodobně jsou diagramy (konkrétněji: grafy, které nám pomáhají vizualizovat jednu nebo více fyzikálních veličin) klíčem k pochopení toho, co se děje se všemi těmi objekty, jejichž barevné obrázky známe a milujeme.
Jistě, některé diagramy se staly docela slavnými. Vezměte Hubbleův diagram znázorňující rudé posuvy galaxií proti jejich vzdálenostem: Jeho nejstarší verze znamená objev, že žijeme v rozpínajícím se vesmíru. Novější inkarnace, která ukazuje, jak se vesmírná expanze zrychluje, získala svým tvůrcům v roce 2011 Nobelovu cenu za fyziku.
Dalším slavným diagramem je Hertzsprung-Russell diagram (zkráceně HR diagram, zobrazený výše.) Jedna hvězda vám o hvězdách obecně neřekne tolik. Ale pokud zakreslíte jasy a barvy mnoha hvězd, začnou se objevovat vzory – jako je výrazný široký pás „hlavní sekvence“ diagonálně půlící HR diagram, říše obrů a veleobrů vpravo nahoře a Bílí trpaslíci. dole vlevo.
Když astronomové poprvé rozpoznali tyto vzory, udělali první kroky k našemu modernímu chápání toho, jak se hvězdy vyvíjejí v průběhu času.
První HR diagram publikoval americký astronom Henry Norris Russell v roce 1913 (nebo jej alespoň popsal slovy, když se podíváš na článek ); Hubbleův první diagram v roce 1929. Z hlavy mě nenapadá žádná slavná astronomická zápletka s novějšími kořeny.
Ale to neznamená, že neexistují nějaké zápletky, které by právem měly být slavné. Zde je moje ztvárnění toho, co v roce 2003 muselo být jedním z prvních komplexních příkladů svého druhu (od tento článek od Blanton et al. 2003). Diagram ukazuje barvy mnoha různých galaxií a jak často nebo méně často se člověk setkává s galaxiemi s těmito konkrétními barvami:
Pokud tento typ grafu neznáte, je nejlepší myslet na svislé čáry jako na rozdělení diagramu na přihrádky – představte si „skleněné válce, do kterých můžete vkládat věci“. Dále získejte vzorek snímků vzdálených galaxií. Zde jsou některé, které jsem získal pomocí Nástroj Skyserver laskavě poskytnuté lidmi, kteří je vyrobili Sloan Digital Sky Survey (SDSS) — obrovský průzkum, který ve svém nejnovějším vydání dat uvádí více než 1,4 milionu galaxií:
Galaxie z Sloan Digital Sky Survey.
Pokud jsou tyto snímky méně podrobné, než na co jste zvyklí, je to proto, že galaxie jsou velmi daleko, dokonce i na extragalaktické standardy – jejich světlu trvá téměř 1,3 miliardy let, než se k nám dostane. I tak můžete snadno rozlišit různé barvy galaxií.
S těmito informacemi zpět k našim (skleněným) popelnicím. Představte si různě barevné galaxie jako různě barevné kuličky. Každá přihrádka přijímá galaxie jednoho konkrétního barevného odstínu – proto vložte každou kuličku do příslušné přihrádky! Když to uděláte, některé koše se zaplní více, některé méně. Barevné pruhy označují úroveň naplnění každého zásobníku. Na stupnici vlevo můžete odečíst odpovídající čísla. Například nejlépe naplněná popelnice obsahuje o něco více než 5 procent všech kuliček galaxie.
Nyní, když víte, jak číst diagram, odstraníme další svislé čáry. V článku publikovaném v astronomickém výzkumném časopise by „histogram“ tohoto druhu vypadal takto:
Rozdělení galaxií podle barvy. Kredit: Markus Pössel
Nechal jsem zbarvení, i když byste to pravděpodobně nenašli v astronomických novinách. Vlastní míra barev astronomů, označovaná na vodorovné ose „g-r“, je trochu technická – ignorujme tyto detaily a zůstaňme u barev, které vidíme na diagramu.
Aby astronomové ze spolupráce SDSS zaplnili koše v tomto konkrétním diagramu, seřadili 183 487 galaxií ze svého průzkumu podle barev.
Co nám tedy diagram říká? Evidentně existují dva vrcholy: jeden blízko namodralého konce nalevo, jeden blízko načervenalého konce napravo. To ukazuje na dva odlišné typy galaxií. Galaxie prvního druhu jsou v průměru modrobílé barvy, přičemž některé exempláře jsou o něco více a některé o něco méně modré (proto je vrchol trochu široký). Galaxie druhého druhu jsou v průměru mnohem červenější.
Barva galaxie se odvozuje od jejích hvězd. Modrá galaxie je galaxie s namodralými hvězdami. Modravé hvězdy jsou žhavější než načervenalé. (Přemýšlejte o zahřívání kovu: Začíná matně červeně, přechází do oranžova, pak se rozžhaví do běla; pokud byste dokázali kov udělat ještě žhavějším, vyzařoval by do modra.) Horké hvězdy jsou hmotnější než chladnější hvězdy a rychle žijí a umírají. mladé — ty nejhmotnější umírají po mnohem méně než milionu let, což je prchavý okamžik ve srovnání s odhadovanou životností našeho Slunce na deset miliard let. Aby galaxie zářila celkově modře, musí mít stálý přísun těchto krátkověkých namodralých hvězd, které produkují nové modré hvězdy v dostatečném množství, když ty staré vyhoří. Je tedy zřejmé, že galaxie namodralého druhu neustále produkují nové namodralé hvězdy. Protože není znám žádný mechanismus, který by přiměl galaxii produkovat pouze namodralé hvězdy, můžeme kvalifikátor vypustit: tyto galaxie neustále produkují nové hvězdy.
Načervenalé galaxie na druhé straně neprodukují téměř žádné nové hvězdy. Pokud ano, pak podle všeho, co víme o formování hvězd, by kolem nich mělo být dostatečné množství namodralých hvězd, aby tyto galaxie získaly celkově namodralý nádech. Bez jakýchkoli nových hvězd zbyly jen dlouhověké, méně hmotné hvězdy, které bývají chladnější a načervenalé.
Existence dvou odlišných tříd galaxií – hvězdotvorné vs. „červené a mrtvé“ – je hnací silou současného výzkumu evoluce galaxií v podstatě stejným způsobem, jakým byl HR diagram pro evoluci hvězd. Proč existují dva odlišné druhy? Co způsobuje, že namodralé galaxie vytvářejí hvězdy a co brání těm načervenalým? Přesouvají se galaxie v průběhu času z jednoho tábora do druhého? A pokud ano, jak a kterým směrem? Když čtete an článek jako tento o péči a krmení dospívajících galaxií, popř toto o galaxiích, které recyklují svůj plyn, je to všechno o tom, že se astronomové snaží najít kousky skládačky, proč existují tyto dvě populace.
Tento diagram si jednoznačně zaslouží širší veřejné uznání. A nepochybně existuje mnoho dalších, stejně nedoceněných astronomických zápletek. Prosím, pomozte mi dát jim uznání, které si zaslouží: Které diagramy nejvíce přispěly k tomu, abyste lépe porozuměli tomu, co tam je? Které vás překvapily? Které vám způsobily vzrušení? Zveřejněte prosím odkaz nebo popis a uvidíme, zda dokážeme vytvořit seznam „Top 10“ astronomických diagramů. A kdo ví: Na konci roku bychom se dokonce mohli pokusit o „nejlepší diagramy astronomie 2013“.
____________________________________________
Další informace o tom, jak byl vytvořen diagram dvou vrcholů galaxií, včetně různých verzí ke stažení a skriptu python, který jej vytvořil, naleznete tady . Pokud se chcete dozvědět o technických podrobnostech o barvě: Hodnoty na ose x odpovídají g-r, kde g je jas hvězdy (vyjádřený v obvyklé astronomické magnitudový systém ) přes jeden konkrétní nazelenalý filtr a r jas přes jeden konkrétní načervenalý filtr. Podrobnosti o použitém filtračním systému ugriz naleznete na tato stránka SDSS . A v případě, že se obáváte, jaký vliv by mohl mít kosmický rudý posuv na galaxie ve vzorku: astronomové se postarali o kompenzaci tohoto konkrétního efektu a upravili barvy, aby vypadaly tak, jak by vypadaly, kdyby byla každá z galaxií tak daleko. že jeho světlu by trvalo 1,29 miliardy let, než by se k nám dostalo (to znamená při kosmickém rudém posuvu z=0,1).
Mnohokrát děkuji Kate H. R. Rubin za to, že mě upozornila na diagram galaxií a za užitečné diskuse.
