Velnias slepiasi smulkmenose, o galaktikų paslaptys – nykštukinėse galaktikose: ar žinote kodėl jos tokios svarbios?

Dauguma turi bent jau miglotą supratimą, kad gyvename Žemėje. Truputėlį mažiau – kad ji nėra plokščia ir tėra viena viena iš Saulės sistemos planetų, o Saulė – niekuo neypatinga žvaigždė tarp daugybės kitų Paukščių Tako galaktikos žvaigždžių. Jei perskaitę iki šios vietos, nepakėlėte antakio, tikriausiai esate girdėję, kad galaktikų daugybė, o kaimyninė Andromedos galaktika tiesiu taikymu lekia į mus. Plika akimi galime matyti dar tris galaktikas, o štai, pavyzdžiui, Hubble kosminės observatorijos padarytos nuotraukos atskleidžia visą šių trilijonų žvaigždžių miestų įvairovę.

Galaktikos dažniausiai būna arba spiralinės, kaip Paukščių Takas, arba elipsinės (realiai morfologiniai tipai skaidosi detaliau, bet čia nesiplėsime). Paprastai kalbant, spiralinės galaktikos susiformavo iš vieno didelio dujų debesies ir taip savotiškai paveldėjo jo sukimosi kampinį momentą, kuris ir suploja galaktiką į diską ir sukuria susivijusios spiralės ar žiedų formą. Dalis dujų lieka galaktikoje, jose gali vykti aktyvi žvaigždėdara, ir dujos matomos, kaip pavyzdžiui ūkai Paukščių Take. Tuo tarpu elipsinės galaktikos yra elipsoido formos t.y., nesuplotos. Jose dominuoja chaotiškas žvaigždžių judėjimas, nėra ar beveik nėra tarpžvaigždinių dujų, tad žvaigždėdara beveik nutrūkusi. Dauguma tokių galaktikų yra kelių spiralinių galaktikų susijungimo pasekmė ir dažnai aptinkamos galaktikų spiečių centrinėse dalyse.

Gali susidaryti įspūdis, kad galaktikų į sąrašą įtraukiami tik žvaigždžių megapoliai. Tačiau yra ir galaktinių miestelių ar net bažnytkaimių, kur žvaigždžių tėra keli milijardai ar išvis vos 1000. Palyginus su keliais šimtais milijardų Paukščių Tako žvaigždžių, jos – tikrai nykštukinės. Kai kurios netgi mažesnės už mūsų galaktikos kamuolinius žvaigždžių spiečius. Kadangi jose tiek mažai žvaigždžių, jas stebime tik Vietinės galaktikų grupės ribose. Taip pat jos dažniausiai aptinkamos didesnių galaktikų kaimynystėje, pvz. aplink Paukščių Taką žinoma pora dešimčių tokių galaktikų, pora dešimčių aplink Andromedos galaktiką, taip pat aptinkamos aplink M33 galaktiką Trikampio žvaigždyne. Didįjį Magelano debesį sudaro apie 30 milijardų žvaigždžių ir jis sukasi aplink Paukščių Taką, tad tam tikra dalimi galime laikyti jį nykštukine galaktika, bent jau Paukščių Tako atžvilgiu.

Nykštukinės galaktikos gali būti įvairių formų, nuo elipsoido iki spiralinės galaktikos, net su vos viena spiraline vija, kaip Didysis Magelano debesis. Mažoje dalyje tokių galaktikų dar gali vykti aktyvi žvaigždėdara ir joms būdingi dideli, charakteringai mėlyną šviesą spinduliuojančių masyvių žvaigždžių spiečiai centrinėse jų dalyse. Atskira nykštukinių galaktikų klasė yra ultrakompaktiškos nyštukinės galaktikos, vos poros šimtų šviesmečių spinduliu įprastai talpinančios apie 100 mln. žvaigždžių, o tai dešimtimis kartų didesnis žvaigždžių tankis, nei Saulės aplylinkėse. Tačiau toks nykštukinių galaktikų tipas Vietinėje galaktikų grupėje nėra aptinkamas ir būdingas didesnių galaktikų spiečių centrinėms dalims.

Dauguma žinomų nykštukinių galaktikų yra senos ir jose santykinai daugiau tamsiosios medžiagos, nei didžiosiose galaktikose. Būtent tamsioji medžiaga charakterizuoja galaktikas, ir skiria nykštukines galaktikas nuo kamuolinių žvaigždžių spiečių. Nykštukinės galaktikos naudingos tamsiosios materijos tyrimams. Mes praktiškai nieko apie ją nežinome, tačiau turbūt vienintelė gan plačiai priimta teorija teigia, kad tamsioji medžiaga yra šalta (šiuo terminu norima pasakyti, kad jos hipotetinių dalelių greičiai nėra reliatyvistiniai, tad ir gali suformuoti galaktikos dydžio struktūras). Galime gan patikimai identifikuoti tokią tamsiąją medžiagą pagal žvaigždžių judėjimą galaktikose – kad tokiais greičiais charakterizuojama sistema neišsilakstytų į šalis, reikia papildomos, didesnės, nei matome tiesiogiai, masės. O norint paaiškinti žvaigždžių judėjimus nykštukinėse galaktikose, reikia dar santykinai daugiau tamsiosios medžiagos.

Tamsioji medžiaga paaiškina galaktinio dydžio struktūrų formavimąsi. Težinome keturias fundamentalias jėgas, dvi iš kurių – branduolinė silpnoji ir branduolinė stiprioji – veikia tik subatominiu lygiu, o elektromagnetinei sąveikai reikalingas krūvis. Krūvio kosmologiniais masteliais nėra, nes praėjus ~370 000 metų po Didžiojo sprogimo, Visatos temperatūra nukrito tiek, kad energetiškai efektyvūs tapo atomai – beveik visi vandenilio ir helio branduoliai rekombinavo. To pasekmes galima stebėti ir šiandien, nes prieš rekombinaciją šviesą sklaidė elektronai (Tomsono sklaida) ir atspindėjo jų temperatūrą, o šiems rekombinavus, fotonų laisvojo lėkimo kelias gerokai išaugo ir jų savybės tapo atsietos nuo medžiagos. Šiuos pirmykščius fotonus vadiname reliktine spinduliuote ir dėl Visatos plėtimosi dabar jie atsidūrė jau mikrobangų ruože. srityje iš viso dangaus ploto. Tad vienintelė svarbi jėga galaktikų formavimuisi telieka gravitacija, o tamsioji medžiaga sudaro didžiąją dalį gravitacinio poveikio.

Kol nebuvo modernių stebėjimų duomenų, mintis, kad tokios galaktikos, kaip Paukščių Takas, galėjo užkandžiauti kitomis galaktikomis, tebuvo vienas iš galimų supaprastintų galaktikų susidarymo variantų: arba jos susidaro iškart, arba iš mažų dalių. Spiralinė mūsų Galaktikos struktūra ir tai, kad galaktikų spiečių centrinėms dalims būdingomis sąlygomis dominuoja elipsinės galaktikos, leido manyti, kad visos ar beveik visos mūsų Galaktikos žvaigždės susiformavo Paukščių Take. Dabar žinome, kad situacija gerokai sudėtingesnė.

Visų pirma, žinome, kad galaktikos gravitacija gali atplėšti ir pasisavinti medžiagą iš mažesnių kaimynių artimo praskriejimo metu. Tai ypač pastebima Andromedos galaktikoje, kur galima tiesiogiai matyti paekmes neseno prasilenkimo su M32 galaktika, kuri galėjo būti masyvesnė, bet Andromeda nugvelbė didelę dalį jos disko. Antra, didžiųjų galaktikų masė (nepamirštant ir tamsiosios materijos) lemia stiprų gravitacinį poveikį mažųjų kaimynių atžvilgiu. Tad, nieko keisto, kad kai kurios nykštukinių galaktikų žvaigždės tokio potraukio neatlaiko ir ima suktis apie didžiąją galaktiką atsitiktine orbita, kuri, ilgainiui, veikiama likusių žvaigždžių, relaksuoja.

Kitas argumentas yra charakteringa didžiųjų galaktikų cheminė sudėtis, o tiksliau, jos įvairovė. Paukščių Tako diskas, kurio dalis yra ir Saulės sistema, gan turtingas žvaigždėdaros produktų – cheminių elementų sunkesnių už helį (astronomijoje dažniausiai vadinamų tiesiog metalais) ir tuo pačiu yra gan dinamiškai relaksavęs ir disko forma yra to sukimosi relaksavimo pasekmė. Tačiau mūsų galaktikoje, o ir visos kitose, yra ir charakteringai kitų kitokios cheminės sudėties komponentų.

Spiralinių galaktikų atveju tai yra sferoidas, vadinamas halu, kuriame daug mažesnis žvaigždžių tankis ir gerokai mažesnis žvaigždžių praturtinimas metalais. Tad, šių žvaigždių prigimtis akivaizdžiai kita, nei daugumos galaktikos žvaigždžių. Vienas iš galimų tokių žvaigždžių šaltinių būtent ir yra po vieną ar grupelėmis iš nykštukinių galaktikų priglobtos žvaigždės. Kitaip nei Paukščių Takas, kuriame santykinai didelės dujų atsargos ir aktyviai vyksta žvaigždėdara, nykštukinėse galaktikose dujų yra mažiau tiek absoliučiu kiekiu, tiek gravitaciniu poveikiu, todėl supernovų sprogimų metu į tarpžvaigždinę erdvę išsviedžiama medžiaga neišsilaiko galaktikoje. Taip nykštukinių galaktikų žvaigždės yra charakteringai nemetalingos ir chemiškai panašios į galaktikos (tiek mūsų, tiek, pvz., Andromedos) halų žvaigždes.

Be to, mūsų galaktikos hale galime identifikuoti ir kinetiškai susijusias žvaigždžių grupes su joms būdinga chemine sudėtimi, kurios beveik neginčijamai yra tarpgalaktinės žvaigždžių „vagystės“ ar net kanibalizmo įrodymas. Be to, masyviausias žinomas mūsų galaktikos žvaigždžių spiečius charakteringai skiriasi nuo likusių žvaigždžių spiečių savo žvaigždžių chemine įvairove, tad tai galima spėti, kad tai yra visai ne kamuolinis spiečius, o kanibalizuotos nykštukinės galaktikos likusi neišardyta centrinė dalis. Andromedos galaktikoje aptiktas net dvigubai didesnis toks spiečius.

Tad nykštukinės galaktikos yra ne tik savaime įdomūs objektai, bet ir raktas, padedantis suvokti ne tik galaktikų formavimąsi bendrai, bet ir mūsų pačių galaktikos susiformavimo istoriją. Esminė kliūtis šių galaktikų tyrimams yra didelis atstumas ir mažo žvaigždžių kiekis. Todėl reikia gerokai didesnių teleskopų ir daugiau surinktos šviesos, tačiau gerėjant stebėjimų įrangai, nykštukinės galaktikos neabejotinai bus vienos iš įdomiausių žvaigždžių „laboratorijų“.

J. Klevas