กาแล็กซีคือกลุ่มดาวฤกษ์ กระจุกดาว ก๊าซและฝุ่นระหว่างดวงดาว และสสารมืดจำนวนมหาศาลที่ยึดเข้าด้วยกันโดยแรงโน้มถ่วง คำว่า 'กาแล็กซี่' มาจากคำภาษากรีกว่า "กาแล็กซี" ซึ่งแปลว่า "น้ำนม" ซึ่งหมายถึงกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเอง
กาแล็กซีปรากฏบนท้องฟ้าเป็นเมฆแสงขนาดมหึมา มีความยาวหลายพันปีแสง มีความเป็นไปได้มากกว่า 170 พันล้านกาแลคซีในเอกภพที่สังเกตได้ บางแห่งเรียกว่าดาราจักรแคระ มีขนาดเล็กมาก มีดาวประมาณ 10 ล้านดวง ในขณะที่บางดวงมีขนาดใหญ่ที่มีดาวฤกษ์ประมาณ 100 ล้านล้านดวง แรงโน้มถ่วงผูกดวงดาวเข้าด้วยกัน พวกมันจึงไม่ร่อนเร่ไปในอวกาศอย่างอิสระ แสงที่เราเห็นจากกาแล็กซีแต่ละแห่งเหล่านี้มาจากดวงดาวที่อยู่ภายใน
เราอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ที่เรียกว่าโลกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยะของเรา ระบบสุริยะของเราเองตั้งอยู่ในกาแลคซี ดวงอาทิตย์ของเราเป็นเพียงดาวดวงหนึ่งในกว่า 100 พันล้านดวงในกาแลคซีที่เรียกว่าทางช้างเผือก ดาวทุกดวงที่เราเห็นในท้องฟ้ายามค่ำคืนเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก และเช่นเดียวกับระบบสุริยะของเรา กาแล็กซีของเรากำลังเคลื่อนที่ ดวงดาวภายในทางช้างเผือกโคจรรอบแกนกลาง ทางช้างเผือกเองก็กำลังเคลื่อนที่เช่นกัน อันที่จริง ดาราจักรทั้งหมดในเอกภพดูเหมือนจะเคลื่อนออกจากกันด้วยความเร็วมหาศาล
กาแล็กซีมีฉลากตามรูปร่าง กาแลคซีบางแห่งเรียกว่า "เกลียว" เพราะดูเหมือนกังหันขนาดยักษ์บนท้องฟ้า ดาราจักรที่เราอาศัยอยู่ ทางช้างเผือก เป็นดาราจักรชนิดก้นหอย กาแลคซีบางแห่งเรียกว่า 'วงรี' เพราะมันดูเหมือนลูกบอลแบน ดาราจักรอาจเรียกได้ว่า "ไม่ปกติ" หากไม่มีรูปร่างจริงๆ
โครงการจำแนกประเภทของฮับเบิล
กาแล็กซี่แต่ละอันถูกกำหนดตัวอักษร - E=elliptical, S=spiral, Irr=irregular
ให้เราดูลักษณะของกาแลคซีสี่กลุ่มหลัก:
1. กาแล็กซีเกลียว
ดาราจักรชนิดก้นหอยเชื่อกันว่ามีอายุน้อยกว่าดาราจักรวงรี เนื่องจากดาราจักรชนิดก้นหอยเผาไหม้ผ่านการก่อตัวดาวก๊าซและฝุ่นของพวกมันช้าลง พวกมันจะสูญเสียรูปร่างก้นหอยและวิวัฒนาการไปเป็นดาราจักรวงรีอย่างช้าๆ
ดาราจักร S0 ยังเป็นที่รู้จักกันในนามดาราจักร Lenticular
2. กาแล็กซี่เกลียวคาน
3. กาแล็กซี่วงรี
4. กาแล็กซี่ไม่ปกติ
5. ดาราจักรดาวกระจาย
การก่อตัวและวิวัฒนาการของดาราจักร
มีสองทฤษฎีชั้นนำที่จะอธิบายว่าดาราจักรกลุ่มแรกก่อตัวอย่างไร
คนหนึ่งกล่าวว่าดาราจักรเกิดเมื่อเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมายุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง ทำให้ดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้น
อีกคนหนึ่งกล่าวว่าเอกภพอายุน้อยประกอบด้วย "ก้อน" เล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งรวมตัวกันเป็นกาแลคซี กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ถ่ายภาพก้อนดังกล่าวจำนวนมาก ซึ่งอาจเป็นสารตั้งต้นของดาราจักรสมัยใหม่ ตามทฤษฎีนี้ ดาราจักรขนาดใหญ่ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่เป็นวงก้นหอย แต่เมื่อเวลาผ่านไป เกลียวจำนวนมากรวมกันเป็นวงรี
กระบวนการก่อตัวกาแลคซีไม่ได้หยุดลง จักรวาลของเรายังคงวิวัฒนาการต่อไป ดาราจักรขนาดเล็กมักถูกกลืนกินโดยดาราจักรขนาดใหญ่ ทางช้างเผือกอาจมีซากกาแล็กซีเล็ก ๆ ที่กลืนเข้าไปในช่วงชีวิตที่ยาวนาน ทางช้างเผือกกำลังย่อยดาราจักรขนาดเล็กอย่างน้อยสองแห่งแม้ในขณะนี้และอาจดึงกาแล็กซี่อื่น ๆ เข้ามาในอีกไม่กี่พันล้านปีข้างหน้า
เมื่อดาราจักรตั้งแต่สองดาราจักรขึ้นไปอยู่ใกล้กันมากพอ แรงโน้มถ่วงจะดึงดาราจักรทั้งสองเข้าหากัน แรงดึงดูดนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อดาราจักรเดินทางเข้าหากัน ดาราจักรอาจเคลื่อนผ่านหรือชนกัน
ดาราจักรเสาอากาศเป็นตัวอย่างของเกลียวสองวงที่อยู่ในกระบวนการชนกัน เราจะไม่เห็นผลสุดท้ายในช่วงชีวิตของเราเพราะกระบวนการนี้ใช้เวลาหลายร้อยล้านปี
บางครั้ง ดาราจักรเล็กก็พุ่งเข้าดาราจักรใหญ่ การชนกันแบบนี้ทำให้เกิดระลอกคลื่น เหมือนกับก้อนหินที่ถูกโยนลงไปในสระน้ำ ดาราจักรกงเกวียนเป็นตัวอย่างของการชนกันในลักษณะนี้ วงแหวนรอบนอกของดาวสีน้ำเงินในดาราจักรนี้บ่งชี้ว่าเกิดการกระเพื่อมของดาวที่เกิดจากการชนกัน
ทางช้างเผือกและแอนโดรเมดาเป็นตัวอย่างของดาราจักรก้นหอยสองกาแล็กซีที่อาจชนกันในที่สุด (ประมาณ 5 พันล้านปีข้างหน้า)
การควบรวมกาแล็กซี่อาจใช้เวลาไม่กี่ร้อยล้านถึงสองสามพันล้านปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ พวกมันสามารถทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรงของการก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ หรือแม้แต่สร้างหลุมดำขนาดมหึมา
กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีบ้านเราในจักรวาล ระบบสุริยะของเรา ซึ่งรวมถึงดวงอาทิตย์ โลก และดาวเคราะห์ดวงอื่นอีกเจ็ดดวง เป็นส่วนหนึ่งของดาราจักรนี้ ที่เรียกว่าทางช้างเผือก ทางช้างเผือกมีดาวหลายแสนล้านดวงเหมือนดวงอาทิตย์ของเรา ดาวและดาวเคราะห์ทั้งหมดที่คุณเห็นเป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือก เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของเราคือ Proxima Centauri อยู่ห่างจากโลกประมาณ 4.2 ปีแสง โลกตั้งอยู่กึ่งกลางระหว่างศูนย์กลางของทางช้างเผือกกับขอบด้านนอก
จุดศูนย์กลางการหมุนของทางช้างเผือกเรียกว่าศูนย์กาแลกติกและอยู่ห่างจากโลกประมาณ 26,000 ปีแสงในทิศทางของกลุ่มดาวราศีธนู โอฟิอูชุส และแมงป่อง
ทางช้างเผือกเป็นกลุ่มของกาแลคซีประมาณ 50 แห่งที่เรียกว่ากลุ่มท้องถิ่น ดาราจักรขนาดใหญ่และใหญ่ที่สุดในกลุ่มท้องถิ่น ได้แก่ ทางช้างเผือก แอนโดรเมดา และดาราจักรสามเหลี่ยม ดาราจักรเหล่านี้แต่ละแห่งมีดาราจักรบริวารอยู่รอบ ๆ ดาราจักรเหล่านี้
ดาราจักรแอนโดรเมดาเป็นดาราจักรที่อยู่ใกล้ทางช้างเผือกมากที่สุด และอยู่ห่างออกไปประมาณ 2 ล้านปีแสง ทางช้างเผือกจะชนกับดาราจักรแอนโดรเมดาในอีกประมาณ 5 พันล้านปี
ส่วนของทางช้างเผือก
1. ดิสก์กาแล็กซี่ – ส่วนใหญ่ของทางช้างเผือกมีดาวมากกว่า 2 แสนล้านดวงอยู่ที่นี่ ดิสก์กาแลคซีประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:
2. Globular clusters – กระจัดกระจายอยู่ด้านบนและด้านล่างของดิสก์เพียงไม่กี่ร้อยตัว ดาวฤกษ์ที่นี่มีอายุมากกว่าดาวในจานดาราจักรมาก
3. Halo – พื้นที่ขนาดใหญ่ที่มืดสลัวที่ล้อมรอบกาแลคซีทั้งหมด มันทำจากก๊าซร้อนและสสารมืด มวลของดาราจักรส่วนใหญ่อยู่ที่ส่วนนอกของดาราจักร (เช่น รัศมี) ซึ่งมีแสงส่องออกมาจากดาวหรือก๊าซเพียงเล็กน้อย
เมฆแมเจลแลนใหญ่ (LMC) เป็นดาราจักรแคระบริวารของทางช้างเผือกซึ่งเป็นหนึ่งในดาราจักรที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด อยู่ห่างจากโลกประมาณ 163,000 ปีแสง ร่วมกับดาราจักรแคระอย่าง เมฆแมเจลแลนเล็ก มองเห็น LMC เป็นเมฆจางในท้องฟ้าซีกโลกใต้ ตั้งอยู่บนพรมแดนของกลุ่มดาวโดราโดและเมนซา ทางช้างเผือกกำลังใช้ก๊าซที่ไหลมาจากเมฆแมเจลแลน ในที่สุด ดาราจักรขนาดเล็กทั้งสองนี้อาจชนกับทางช้างเผือก ทั้ง LMC และ SMC มีพื้นที่ก่อตัวดาวฤกษ์ และ LMC เป็นที่ตั้งของการระเบิดซูเปอร์โนวาอันตระการตาในปี 1987
Andromeda Galaxy เป็นดาราจักรที่ใหญ่ที่สุดใกล้กับทางช้างเผือก กาแล็กซีนี้ตั้งชื่อตามกลุ่มดาวแอนโดรเมดา เป็นที่รู้จักกันว่า Messier 31 หรือ M31 ดาราจักรชนิดก้นหอยนี้อยู่ห่างจากดาราจักรของเรา 2.5 ล้านปีแสง เป็นกลุ่มที่ใหญ่ที่สุดในกลุ่มท้องถิ่นหรือกระจุกท้องถิ่น แต่ไม่ใช่ดาราจักรที่ใหญ่ที่สุดโดยรวม
เป็นที่เชื่อกันว่าดาราจักรนี้ก่อตัวขึ้นเมื่อ 5 ถึง 9 พันล้านปีก่อนเมื่อมีการชนกันและรวมดาราจักรขนาดเล็กกว่า 2 แห่งเข้าด้วยกัน
นักดาราศาสตร์ใช้ดาราจักรนี้เพื่อทำความเข้าใจที่มาของดาราจักรประเภทอื่น เนื่องจากเป็นดาราจักรที่อยู่ใกล้โลกที่สุด เป็นวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าของมนุษย์
กาแล็กซีแอนโดรเมดาเคยถูกจัดว่าเป็นเนบิวลา มีดาราจักรบริวารหลากหลาย รวมทั้งดาราจักรแคระ 14 แห่ง ดาราจักรนี้มีความยาวประมาณ 260,000 ปีแสง
Andromeda Galaxy กำลังเข้าใกล้เราด้วยความเร็ว 100 ถึง 140 กิโลเมตรต่อวินาที ดาราจักรแอนโดรเมดาและทางช้างเผือกกำลังใกล้เข้ามาเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป นักดาราศาสตร์เชื่อว่ากาแล็กซีทั้งสองนี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันภายในเวลาประมาณ 5 พันล้านปี
Doppler Effect และ Red Shift
Doppler Effect คือการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในความถี่หรือความยาวคลื่นของคลื่นที่รับรู้โดยผู้สังเกตที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับแหล่งที่มาของคลื่น
การเข้าใกล้แหล่งกำเนิดแสงเพื่อแสดง blueshift และแหล่งกำเนิดแสงที่ถอยกลับแสดง redshift
เมื่อดวงดาวเคลื่อนออกจากดาวหรือวัตถุอื่นด้วยความเร่ง นี่คือ Redshift
เมื่อดาวฤกษ์เคลื่อนเข้าหาโลก ความยาวคลื่นของแสงจะถูกบีบอัด ซึ่งทำให้เส้นสีเข้มในสเปกตรัมเลื่อนไปทางปลายสเปกตรัมสีน้ำเงินม่วง ซึ่งหมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงทางดาราศาสตร์ (ดาวหรือกาแลคซี) กำลังเข้าใกล้โลก
ฮับเบิลใช้เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์สำหรับแสงเพื่อวัดความเร็วที่ดาวและกาแลคซี่กำลังเข้าใกล้หรือถอยห่างจากเรา เขาพบว่าดาราจักรทั้งหมดที่อยู่นอกกลุ่มท้องถิ่นแสดงการเปลี่ยนสีแดงในสเปกตรัมของพวกมัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะต้องเคลื่อนตัวออกจากโลก หากกาแลคซีทั้งหมดที่อยู่นอกกลุ่มท้องถิ่นเคลื่อนออกจากโลก จักรวาลทั้งหมดจะต้องขยายตัว
กฎของฮับเบิล
กฎของฮับเบิลเป็นคำกล่าวทางดาราศาสตร์ที่ดาราจักรเคลื่อนออกจากกัน และความเร็วที่พวกมันถอยออกไปนั้นแปรผันตามระยะทางของกาแล็กซี มันนำไปสู่ภาพของจักรวาลที่กำลังขยายตัวและโดยการคาดการณ์ย้อนเวลาไปสู่ทฤษฎีบิ๊กแบง
ทฤษฎีบิกแบง
ทฤษฎีชั้นนำเกี่ยวกับการก่อตัวของจักรวาลเรียกว่าทฤษฎีบิ๊กแบง ตามทฤษฎีนี้เมื่อประมาณ 13.7 พันล้านปีก่อน จักรวาลเริ่มต้นด้วยการระเบิดครั้งใหญ่ จักรวาลทั้งหมดเริ่มขยายตัวทุกที่ในเวลาเดียวกัน
