Ta teden na podkastu Številke govorimo o galaksijah. Predstavili smo nekaj številk, na pogovor pa povabili Dunjo Fabjan (Fakulteta za matematiko in fiziko na Univerzi v Ljubljani), ki se ukvarja z modeliranjem jat galaksij. Vabljeni k branju povzetka pogovora, celotnemu pa lahko prisluhnete na spodnji povezavi.

Kakšen odnos imate do številk, statistike, matematike?
Številke so del mojega vsakdana. Pri dnevni rabi jih gledam na svojem računalniku in z njimi skušam razumeti modele vesolja, ki jih obravnavam. Statistika je trenutno ena izmed ved, ki se jih moramo stalno učiti oziroma dopolnjevati znanje, saj je v astronomiji vedno pomembnejša. Iz vesolja dobimo vedno več podatkov in vedno več jih bomo zaradi izgradnje novih teleskopov še dobili. To pomeni, da bomo morali dobro poznati orodja, s katerimi bomo obravnavali številke.

Svojo okolico relativno dobro poznamo. Smo na Zemlji, ki skupaj še z (vsaj) sedmimi planeti kroži okrog zvezde Sonca, ki nas drži skupaj zaradi gravitacije. Osončje je del Galaksije, kaj drži milijarde zvezd skupaj v eni strukturi?
Pri tako velikih galaksijah merimo hitrost vrtenja zvezd okrog središča galaksije. Če izmerimo to hitrost, opazimo, da jih mora skupaj držati neka nevidna masa, za katero še ne vemo, kaj jo sestavlja. Vemo pa, da učinkuje z gravitacijskim privlakom na zvezde in ostalo snov, ki sestavljajo galaksijo. To je temna snov, o kateri se večkrat govori. Galaksije nam to govorijo, saj hitrost vrtenja zvezd na obrobju pada, zato mora obstajati neka snov, da drži celotno strukturo skupaj.

Našo Galaksijo pogosto imenujemo Rimska cesta, a sami pravite, da to ni najustreznejši izraz. Zakaj?
Rimska cesta je tisto, kar vidimo na nebesnem svodu, ko se v jasni noči ozremo v nebo. To je samo projekcija naše Galaksije na nebesni svod, vidimo jo torej z naše strani. Rimska cesta je lep izraz, ki ga Slovenci uporabljamo. Sicer pa naj ne bi uporabljali izrazov, kot sta Mlečna cesta ali Mlečna pot. Ne najdemo ju niti v SSKJ-ju. Lepo je, ker smo različno poimenovali pas na nebu. Ko pa mislimo galaksijo kot celoto, na skupek zvezd, plinov in temne snovi, pa uporabljamo izraz Galaksija. Kadar mislimo prav na našo galaksijo, to zapišemo z veliko začetnico (Galaksija).

V naši Galaksiji je po različnih ocenah 100-400 milijard zvezd. Kako je prišlo do ocene tega intervala?
To ni tako enostavno izračunati oziroma preveriti. Lahko si pomagamo s približki, posameznih zvezd sicer ne štejemo, pomagamo si s spektroskopijo, s katero preverimo, kako hitro se gibljejo zvezde znotraj galaksij. Iz tega skušamo oceniti, koliko zvezd naj bi obstajalo v galaksiji. Upoštevati moramo tudi vpliv temne snovi. Za to uporabljamo modele, kjer upoštevamo prisotnost različno starih zvezd, te sevajo v različnih delih spektra. Na tej podlagi dobimo izrazitejšo rdečo ali modro barvo. Iz tega lahko sestavimo približno oceno števila zvezd v celotni galaksiji. Lahko pa sklepamo, da približno desetino mase celotne galaksije prispevajo zvezde. Ko iz hitrosti zvezd izmerimo celotno maso galaksije, hitro dobimo odstotek mase, ki pripada zvezdam.

Če povsem poenostavim, je Osončje nastalo z zgostitvijo plina, ki je tvorilo Sonce, iz preostanka pa so nastali planeti. Kako pa so nastale galaksije? V središču skoraj vsake naj bi bila supermasivna črna luknja. Je ta povezana z nastanki galaksij?
Verjetno je, a še vedno ne vemo, kako nastanejo galaksije. Pri tem si večkrat pomagamo z modeli. Nekateri modeli pravijo, da je prišlo do prvega nastanka zgostitve zvezd v galaksijo. To naj bi bile starejše zvezde. Znotraj prostora, kjer naj bi nastajale galaksije, naj bi prišel dodatni plin, ki je pripomogel k temu, da je nastal disk. Kar pa se tiče črnih lukenj - ko galaksija oziroma neka zgoščina doseže določeno maso, ji dodamo v središče črno luknjo, a še ne vemo, kdaj se je to v vesolju v resnici zgodilo. Sklepamo, da se je to zgodilo dokaj hitro.

Naša Galaksija je spiralna, poznamo še eliptične in nepravilne. Kaj vpliva, da se galaksija razvije v določeno obliko?
Tudi tu je precej negotovosti. Z modeli vesolja je enostavno dobiti združbo zvezd, kjer se zvezde gibljejo razpršeno - temu so podobne eliptične galaksije. Problem je, ko želimo iz začetnega plina dobiti nekaj, kar je podobno disku. Tam najdemo velike težave. Zavedati se moramo, da je v vesolju plin, na razvoj galaksij pa lahko delujejo tudi zunanji vplivi. Težko je dobiti galaksijo, ki bi imela stabilni disk. Med galaksijami je namreč veliko interakcij, predvsem ko gremo proti mlajšemu vesolju. Prvi objekti v vesolju so nastali iz perturbacij v gostoti snovi, iz teh pa so nastale galaksije, ki se med seboj združujejo.

Nekaj podobnega čaka tudi našo Galaksijo, ki naj bi jo čez približno štiri milijarde let čakal trk s sosedo velikanko Andromedo.
Ta trk nas bo najverjetneje pomaknil v obrobje nove zvezdne gmote. Ta trk bo trajal precej časa, galaksiji se bosta najprej približali, nato oddaljili in spet približali (VIDEO simulacije). Do popolnega zlitja bo tako minilo precej časa. Ko se bosta črni luknji obeh prvotnih galaksij zlili, bosta v obliki sevanja oddali veliko energije. Življenje, ki bo blizu tega zlitja, ne bo preživelo. Zato je pomemben položaj Osončja dlje od tega središča. Seveda, če bo življenje na Zemlji takrat še obstajalo.

Ko omenjate črne luknje, lahko spet narediva povezavo z našim Osončjem. Življenje očitno lahko uspeva na pasu, ki ni preblizu in ne predaleč od zvezde (pas Zlatolaske). Lahko enak sklep prenesemo na galaksije? Neki pas za položaj zvezd v galaksiji mora obstajati, saj ni dobro, da si preblizu črne luknje.
Tako je, tudi tu govorimo o galaktičnem območju naseljivosti. Da vsaj približno določimo meje tega območja, upoštevamo prisotnost kemičnih elementov (astrofiziki sicer govorimo o kovinah, vse, kar ni vodik ali helij, so za nas kovine). Pomembno je, da so te kovine lahko nastale na območju naseljivosti. Pri galaksijah lahko določimo vsebnost kovin na razdaljah od središča. Proti središču galaksij je teh kovin več, ko se gibljemo proti obrobju, pa manj. Če jih je premalo, ne morejo nastati planeti, kot je Zemlja. Ko gremo proti središču galaksij, pa imamo težave s črnimi luknjami. Tako se moramo gibati v nekem srednjem območju. Pomembno je tudi, da nismo preblizu tistim območjem v spiralnih rokavih, kjer nastajajo nove zvezde. Tam so namreč možnosti, da prihaja do bližnjih supernov, ki na razdalji 30 svetlobnih let negativno vplivajo na življenje. V tem srednjem delu smo tudi mi.

Če gremo še stopničko naprej, galaksije so spet združene v večji objekt, v jate galaksij. Mi smo v Krajevni jati, kjer je dobrih 50 galaksij. Kaj te drži skupaj?
Tudi za to je zaslužna temna snov. V galaksijah so jih odkrili okrog leta 1960. Na področju jat pa je bila odkrita še prej. Švicarski astronom Fritz Zwicky je leta 1930 raziskoval gibanje galaksij znotraj jat. Opazil je, da se galaksije znotraj jat gibljejo z določeno hitrostjo, zaradi katere pa bi morale razpasti in se razpršiti. Takrat je ugotovil, da mora biti neka "temna snov", ki zaradi gravitacijskega privlaka vse galaksije drži skupaj.

Sami se ukvarjate prav s simulacijami jat galaksij. To pomeni, da delate modele, kako so se te strukture razvile in kako se bodo razvijale naprej?
Simulacije glede na razvoj od začetkov vesolja (ko so začele nastajati prvi objekti) pa do danes. Za naprej še ne gledamo, ker imamo polno vprašanj, kaj se je zgodilo v preteklosti. Pri simulacijah vzamemo del vesolja, noter damo nekaj delcev, ki sledijo tistemu, kar si zamislimo, da je naša temna snov. V času pogledamo, kje bodo nastale jate. Nato pogledamo, kateri delci so zašli v jato galaksij in jim dodamo vidne snovi (barione). Potem gledamo, kaj se dogaja z barioni, če so pomembni galaktični vetrovi, aktivna galaktična jedra, kako se porazdeli snov znotraj jat ... To so lastnosti jat, ki jih lahko tudi opazujemo, ravno v tem je poanta! Svoje teoretične modele lahko primerjamo z opazovanji. Ko bomo enkrat zmožni natančno razumeti, kaj se je zgodilo z vesoljem do zdaj, bomo lahko razmišljali, kaj se bo z vesoljem dogajalo v prihodnosti.

Vabljeni k poslušanju celotnega pogovora z Dunjo Fabjan, ki pove še precej zanimivosti o galaksijah, njihovi starosti, širjenju prostora, rdečem premiku, največjih strukturah v vesolju ...

Glasbeni izbor Dunje Fabjan: will.i.am - Reach For The Stars