Galaxie jsou jedním ze základních stavebních kamenů Vesmíru. Jsou navíc jedněmi z největších kompaktních seskupení hmoty ve Vesmíru, u kterých lze přímým pozorováním sledovat stavbu a vývoj a zároveň provést dostatečné množství pozorování pro vyvození globálnějších závěrů. Doba začátku formování galaxií je odhadována okolo 600 tisíc let po Velkém třesku kdy hmota v postupně řídnoucím a chladnoucím Vesmíru pozbyla svou někdejší kompaktnost a vlivem gravitace se začala shlukovat do oddělených center. Následoval dlouhý vývoj, na jehož konci jsou, coby výsledek souboje gravitačních sil a rozpínání Vesmíru galaxie, jak je známe dnes - útvary o rozměrech desítek tisíc světelných roků, které od sebe vzájemně dělí miliony sv.r. takřka prázdného prostoru. Vznik a vývoj galaxií je dnes předmětem intenzivního výzkumu jehož motivaci asi nejlépe dokládá citát z lekcí astrofyziky prof. Williama Keela z University of Alabama:
"Vznik galaxie lze s trochou komplikací přirovnat k vzniku hvězdy v daleko větším měřítku ... ... bohužel, nerozumíme ani jednomu".
Je jisté, že v dnešním Vesmíru už galaxie nevznikají - jednoduše proto, že v místech kde bylo k dispozici dostatečné množství a hustota hmoty vznikly už dávno. Žádná jiná taková oblast nově vzniknout nemohla vlivem neustálého rozpínání (= zřeďování) Vesmíru jako celku. V této souvislosti se lze logicky ptát: co je počítáno za okamžik vzniku galaxie? Teoretik-kosmolog odpoví, že je to doba kdy budoucí hmota zárodku galaxie vytvořila relativně samostatný celek a začala kolabovat, zatímco pozorovatel prohlásí, že je to moment kdy již většina látky v galaxii má formu hvězd ... tj. "galaxie na pohled opravdu vypadá jako galaxie". Z posledních pozorování vyplývá, že tyto dva časy se mohou až pozoruhodně lišit. Předpokládalo se, že období vzniku galaxií skončilo před 8 miliardami let (cca. 6 mld. let po Velkém třesku) právě v okamžiku, kdy většinu hmoty galaxií tvořily hvězdy. Poté měly galaxie vést poklidný život hvězdných ostrovů trvající dodnes, rušený pouze zřídkavým výhledem na srážející se neukázněné kolegy.
V uplynulých dvou letech byl v rámci ESO realizován rozsáhlý pozorovací program sledování galaxií v co nejširším oboru vlnových délek. Pozorování se zúčastnily Infrared Space Observatory (ISO), Very Large Array (VLA) a přístroje FORS1/2 a ISAAC na Very Large Telescope (VLT). Bylo sledováno 194 vzdálených galaxíí s rudým posuvem 0.4 až 1 (tj.ve vzdálenosti více než 4-8 mld. sv. r.). Je třeba mít na paměti, že pohled do vzdáleného vesmíru je pohledem do jeho minulosti a z velkého množství pozorovaných galaxií se dá usuzovat jak se vyvíjela "typická" galaxie v období před 4-8 mld. let. Z pořízených dat vyplynulo několik překvapivých zjištění, která místy podstatně mění náhled na vývoj galaxií jako takových:
- V pozorovaných galaxiích byl také zjišťován podíl hmoty obsažené ve hvězdách. Tato hodnota vykazovala značný rozptyl: 30÷300 miliard hmot Slunce (v porovnání s Mléčnou dráhou pětina až dvojnásobek současného stavu). Tento fakt také potvrzuje doměnku, že ještě ve sledovaném období musely galaxie procházet obdobími prudkého vývoje.
- V daném vzorku bylo zjištěno okolo 1/6 infračerveně zářících galaxií (tzv. LIRG - Luminous Infrared Galaxies). V porovnání s dneškem kdy je jich okolo 0.5% je to obrovský počet.
Výsledky těchto pozorování vedou k jednoznačnému zjištění že galaxie, zejména ty střední a velké, procházely ještě v dobách před 4-8 mld. let (6-10 mld. let po Velkém třesku) obdobími prudkého vývoje. Má se za to, galaxie se stává infračervenou (LIRG) v případě, že v ní probíhá masivní proces vzniku nových hvězd, který má na svědomí tak mohutnou produkci IR záření (pro zařazení do kategorie LIRG musí galaxie vyzářit 90% své celkové svítivosti v IR oblasti spektra).
obr.1 - vzorek pozorovaných různě vzdálených galaxií dokládá jednotlivé etapy vývoje spirální galaxie
Důsledky těchto zjištění jdou však ještě daleko dále. Jediným známým procesem spouštějícím vlny vzniku velkého množství hvězd v galaxiích jsou galaktické srážky. Srážka dvou galaxií není sice ve Vesmíru neobvyklým jevem, ale mělo se za to, hlavní slovo ve formování galaxií měly v daleko dřívějších obdobích (před 8 a více mld. let). Nyní se zdá, že proces vývoje galaxií byl daleko pozvolnější a k častým srážkám docházelo až do doby před 4 mld. let (tehdy už existovalo Slunce a planety!). Závěr sice zapadá do teorie "hierarchického vzniku galaxií", která vysvětluje vznik velkých galaxií postupnými srážkami galaxií menších ovšem je v příkrém rozporu s počtem dnes pozorovaných galaxií spirálních. Předpokládalo se totiž, že po srážce dvou galaxií spirální struktura zaniká a nově vzniklá galaxie se stává eliptickou či nepravidelnou. Ovšem nově pozorovaná data nasvědčují, že v relativně nedávné době prodělala velkou srážku valná většina současných galaxií. Proto byl na základě nových zjištění vypracován scénář "obnovy spirálních galaxií".
obr.2 - navrhovaný vývojový cyklus spirální galaxie počínající srážkou a končící obnovením spirální struktury ramen (ve středu graf znázorňující intenzitu vzniku nových hvězd jeho průběhu)
Nová teorie předpokládá, že spirální galaxie se po srážce s jinou dokáže zotavit a postupem času znovu obnovit svou spirální strukturu. Existují sice jisté podmínky, za kterých k tomuto procesu dochází, ovšem nevylučují aby se tak nedělo zcela běžně. Proces teoreticky probíhá ve 3 fázích:
fáze 1. Galaxie se srazí s jinou, jejíž hmotnost přesahuje 1/4 její vlastní (sráží se galaxie v podstatě porovnatelné velikosti, srážka je pro obě maximálně destruktivní). Spirální struktury zanikají, hmoty galaxií padají do společného těžiště. Proces je doprovázen krátkými (100 mil. let) a intenzivními obdobími vzniku nových hvězd. Galaxie se během těchto "špiček" stává infračervenou (LIRG).
fáze 2. Obě galaxie se spojují v jeden kompaktní celek (tzv. fáze kompaktní galaxie). Většina existujících hvězd se nachází v okolí středu - jádra. Nehvězdná hmota (plyn, prach) opouštějící ve výtryscích jádro, které následně obalí a vytvoří základ nového disku.
fáze 3. Oblast tvorby hvězd se rozšiřuje do prostoru nově vznikajícího disku zásobovaná výtrysky z jádra. Postupně vzniká nová spirální struktura.
Takto formulovaný scénář umožňuje vysvětlit fakt, proč okolo sebe pozorujeme tak velké množství spirálních galaxií ačkoli podle aktuálně prezentovaných měření prodělalo 80% z nich v období před 4-8mi mld. let velkou srážku. Stopy po těchto procesech máme údajně doslova na dosah ruky. Galaxie M31 viditelná i pouhým okem v souhvězdí Andromedy má dle posledních zjištění dvojité jádro svědčící o prodělané velké srážce zatímco je uváděna coby učebnicový příklad spirální galaxie. Naproti tomu naše galaxie, Mléčná dráha, patří podle všeho k těm šťastným 20% galaxií, které byly v tomto období srážek ušetřeny. Závěry vyplývající z tohoto scénáře jsou však ještě širší, neboť zasahují i do samotné klasifikace galaxií. Tvrdí totiž, že velká část dnes pozorovaných eliptických a kompaktních galaxií nejsou samostatnými galaktickými typy, nýbrž spirální galaxie pozorované v různých etapách svého vývoje.
Každopádně je zřejmé, že proces vývoje galaxií a přeměny jejich hmoty na hvězdy probíhal zjevně daleko pomaleji než se předpokládalo. Ukazuje se, že zhruba třetina hvězdné hmoty dnešních galaxií vznikla až době před 4-8 mld. let vlivem četných kolizí a následné obnovy spirálních struktur. Důsledky, jaké budou mít nově zveřejněná přehledová pozorování na náš celkový pohled na galaktický vývoj budou nejspíš ještě daleko komplexnější, než je nastíněno výše a další překvapivé závěry lze očekávat v nejbližší době.
