Rannsóknir Hubbles og flokkun stjörnukerfa:

Edwin Hubble, faðir nútíma stjörnufræði, var fæddur í Missouri árið 1889 og flutti með fjölskyldu sinni til Chicago árið 1898. Í menntaskóla var hann talinn ágætis nemandi en þó ekki framúrskarandi. Meira var tekið eftir íþróttahæfileikum hans, hann slót til að mynda hástökksmet Illinois State menntaskólans. Í Háskóla var hann líka álitinn íþróttamaður og spilaði í körfuboltaliði háskólans í Chicago. Hann fékk Rhodes styrkinn til náms í Oxford þar sem hann hóf að læra lögfræði. Það var ekki fyrr en eftir að hann kom aftur til Bandaríkjanna að hann ákvað að framtíð hans lægi í stjörnufræði.

Snemma á þriðja áratug 20. aldar lék Hubble eitt aðahlutverka í að útskýra hvað stjörnukerfi væru. Þekkt var að nokkrar spírallaga stjörnuþokur innihéldu stjörnur en ekkert var vitað um þær, hvort þær væru hluti stjörnukerfis okkar, Vetrarbrautinni, eða stakir blettir eða hvað. Árið 1924 mældi Hubble lengdina til Andromeda stjörnuþokunnar og sýndi fram á að hún væri hundrað þúsund sinnum lengra frá okkur en næstu stjörnurnar og hlaut þetta því að vera stakt stjörnukerfi að svipaðri stærð og Vetrarbrautinn okkar.

Hubble fann sefíta í Andrómedu og notaði “period- luminosity” skalan, sem Henrietta Leavitt uppgötvaði með rannsóknum sínum á sefítum í Magellan skýjunum, til að reikna fjarðlægðina til hans og þar af leiðandi Andrómedu sjálfrar. Leavitt hafði fundið út að bein tengsl voru á milli raunbirtu sefíta og sveiflutíðni þeirra, því bartari sem þær voru því lengri var stjarnan í toppbirtu. Þar sem sefítarnir í Magellan skýjunum, þeir sem Leavitt var að rannsaka, eru allir í svipaðri fjarlægð frá jörðu gat hún fundið út að tíminn sem tók að ljúka einum hring, ris og hingnun, var tengdur raunbirtu stjörnunar en ekki fjarðlægð, raunbirtan gerði samt kleift að reikna fjarlægðina með formúlnni um samband raunbirtu, sýndarbirtu og fjarlægð.

Þrátt fyrir að Hubble gæti aðeins mælt fjarlægðina til nokkurra stjörnukerfa sá hann að raunbirta þeirra sagði gróflega til um fjarðlægð þeirra. Hraðinn sem stjörnukerfinn nálguðust eða fjarlægðust okkur var svo auðvelt að mæla með Doppler hrifum ljóssins. Það var hægt að mæla svokallað rauðvik með nákvæmri litsjá (spectrograph) þar sem augun nema ekki rauðvik. Þetta var þekkt áður en rannsóknir hans hófust, Vesto Slipher hafði þegar rannsakað spíral laga stjörnuþokur, þó að hann vissi ekki munin á stjörnuþokum og stjörnukerfum. Slipher hafði rannsakað litróf þeirra og komst að því að næstum því allar stjörnuþokurnar voru að fjarlægjast jörðina vegna rauðvika. Hann gat þó ekki túlkað þessar niðurstöður og það tókst ekki fyrr en með Hubble.

Hubble sýndi fram á út frá niðurstöðum sýnum að stjörnukerfin eru að fjarlægjast okkur og hvor aðra samkvæmt formúlunni v=Hr þar sem v stendur fyrir hraða (velocity) og r fyrir fjarðlægð. H er aftur á móti svokallaður Hubblefasti sem fæst með formúlunni H=á/a og er a hér útþenslusvæði (expansion parameter) samkvæmt lögmálinu H^2=(8pGp/3) - 1/(R^2a^2). Þetta þýðir á einfaldara máli að hann fann út að allar stjörnuþokur fjarlægðust jörðina á hraða sem var í beinu samhengi við fjarlægð þeirra frá jörðu, því fjær sem stjörnukerfin eru því hraðar fjarlægjast þau okkur.

Mikið hefur verið deilt um Hubblefastann og er fjarlægðarákvörðunnin mesta deiluefnið. Hubblefastinn hefur verið sagður allt frá 50 kms -1 /Mpc til 100 kms -1 /Mpc. Í dag er þó algengast að hann sjáist í kring um 70 kms -1 /Mpc.

 Ef þessar niðurstöður Hubbles eru settar í samhengi við almennu afstæðiskenniguna sem Einstein setti fram 1915 fæst að vetrarbrautirnar og alheimurinn allur hafi orðið til í Miklahvell og kom þar með fram á sjónarsviðið nútíma stjörnufræði. Hubble reiknaði út að Miklihvellur hafi verið fyrir um 2 milljörðum ára en í dag er talið að hann hafi verið fyrir 10-20 milljörðum ára, algent er að tala um svona 15 milljarða.

Hubble eyddi mestum tíma sínum í rannsóknir á stjörnukerfum eins og fyrr segir og er flokkun þeirra kennd við hann. Hann vildi flokka stjörnukerfinn eftir innihaldi, fjarlægð, lögun og litrófi. Störnukerfum er í dag skipt upp í spírallaga stjörnukerfi, “lenticular” stjörnukerfi, sem er í laginu eins og sjóngler, sporbaugslaga stjörnukerfi (elliptical), sem lýta svipað út og amerískur fótbolti, og svo óregluleg stjörnukerfi. Aldur virðist ekkert tengjast lögun stjörnukerfanna og eru allar gerðir jafndreifðar um alheiminn.

Vetrarbrautin og Andrómeda, stærstu stjörnukerfi í okkar grannhóp, eru spírallaga og eru einkenni þeirra sú að þau samanstanda venjulega af tveimur meginhlutum; flötum stórum disk sem samanstendur af geimryki og ungum stjörnuhópum sem myndast í því. Geimrykið sést oft sem eitthvað rauðleitt ljós eða dimm rykský en sjórnuhóparnir eru bláleitir vegna heitustu, björtustu, skammlífu risastjarnanna. Stjörnuhóparnir raðast oft upp í spíral laga arma, þaðan kemur nafnið. Inn í miðjunni er svo stór kúla af gömlum stjörnum og er oft talið að svarthol sé þar í miðju. Þarna eru stjörnur mun stærri og þéttari og er þetta elsti hluti stjörnukerfisins.

Lenticular stjörnukerfi eru eins og fyrr segir í laginu eins og sjóngler eða kúftur diskur, þau eru jafnþétt alstaðar, það er engir armar eins og í spíral löguðu stjörnukerfunum. Stjörnumyndun í þessum kerfum virðist að mestu hætt þar sem lítið er eftir af geimryki í þeim. Þar af leiðandi eru aðarlega gamlar stjörnur í þessum kerfum. Vegna útlits síns getur oft reynst erfitt að þekkja þér í sundur frá sporbaugslaga (elliptical) stjörnukerfum.

Sborbaugslaga (Elliptical) stjörnukerfi eru eins og nafnið gefur til kynna í laginnu eins og sporbaugur og yfirleitt þrímöndullaga (triaxial) eða eins og bandarískur fótbolti í laginu. Þau hafa litla sem enga heildarhreyfingu, það er snúast ekki sem heild þó að stjörnurnar snúist aðvitað um miðu kerfisins. Yfirleitt er lítið sem ekkert geimryk í þessum stjörnukerfum og því mest af gömlum stjörnum í þeim þar sem ekki er nægilegt efni til að mynda nýjar.

Óreglulegar stjörnuþokur eru eins og nafnið gefur til kynna ekki með neina sérstaka lögun og er það oft vegna þyngdarafla nærliggjandi stjörnukerfa. Oft er þeim þó flokkað í undirhópa en svo margar mismunandi flokkunargerðir hafa þróast að ekki tekur að nefna þær hér.

Heimildir:

http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Hubble.html (sótt 10/11 2004)

http://www.seds.org/messier/galaxy.html (sótt 10/11 2004)

http://scienceworld.wolfram.com/physics/HubbleLaw.html (sótt 10/11 2004)

http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/dp12le.html (sótt 1/12 2004)

http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/dp29hu.html (sótt 1/12 2004)

http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/bahubb.html (sótt 1/12 2004)

Ljósrit af Advanced physics dreift í áfanganum.