ΤΟ ΓΑΛΑΞΙΑΚΟ ΣΜΗΝΟΣ ΤΗΣ ΚΟΜΗΣ

• Οι μαθητές θα αποκτήσουν βασικές γνώσεις για την ταξινόμηση των γαλαξιών, χρησιμοποιώντας πραγματικά αστρονομικά δεδομένα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Η ταξινόμηση συνιστά μια επιστημονική πρακτική σημαντική για πολλά διαφορετικά επιστημονικά πεδία: με την απλοποίηση ποικιλόμορφων αντικειμένων, εντάσσοντάς τα σε έναν μικρότερο αριθμό κατηγοριών, καθίσταται ευκολότερη η επισήμανση των κοινών χαρακτηριστικών ενός πλήθους αντικειμένων και η μελέτη των εν λόγω ιδιοτήτων αντιπροσωπευτικών αντικειμένων, αντί κάθε αντικειμένου ξεχωριστά.

• Οι μαθητές θα ανακαλύψουν τη σχέση μορφολογίας-πυκνότητας ("morphology-density effect") και στη συνέχεια θα συγκροτήσουν υποθέσεις σχετικά με τους λόγους του φαινομένου.

• Οι μαθητές θα είναι σε θέση να ταξινομήσουν διαφορετικούς τύπους γαλαξιών βασισμένοι σε αστρονομικές φωτογραφίες.

• Οι μαθητές θα εξηγούν τη σημασία ταξινόμησης των αντικειμένων.

• Οι μαθητές θα προτείνουν ιδέες σχετικά με τους λόγους των διαφορετικών σχημάτων των γαλαξιών.

• Οι μαθητές θα εξασκηθούν, διατυπώνοντας ερωτήσεις και σχεδιάζοντας έρευνες.

• Οι μαθητές θα πραγματευτούν την ύπαρξη διαφορετικών φυσικών περιβαλλόντων όπου ζουν και αλληλεπιδρούν γαλαξίες στο σύμπαν καθώς και τη σχέση μεταξύ του περιβάλλοντος και της μορφολογίας του γαλαξία (ονομάζεται «σχέση μορφολογίας-πυκνότητας»).

• Οι μαθητές θα συγκροτήσουν υποθέσεις σχετικά με το πού οφείλεται η σχέση μορφολογίας-πυκνότητας.

Ο καθηγητής/Η καθηγήτρια θα μπορούσε να συζητήσει τις απαντήσεις με τους μαθητές, ενθαρρύνοντάς τους να ανακοινώσουν στην τάξη τις τιμές που υπολόγισαν για τους διαφορετικούς τύπους γαλαξιών τόσο στο πεδίο όσο και στο σμήνος, αλλά και την απάντησή τους στην τελευταία ερώτηση σχετικά με τη σχέση μορφολογίας-πυκνότητας.

Ο βαθμός στον οποίο οι μαθητές έχουν κατανοήσει την ύλη μπορεί να εκτιμηθεί μέσω συζήτησης, όπως περιγράφεται αναλυτικά σε όλη την έκταση της δραστηριότητας και μέσω της βαθμολόγησης γραπτών. Καθώς οι δραστηριότητες αυτές αποτιμούν επαρκώς τις γνώσεις των μαθητών, επιπλέον εργασίες αξιολόγησης είναι περιττές. Προτείνεται η βαθμολόγηση να γίνεται ως εξής:

Προτεινόμενη βαθμολόγηση

• Πίνακας 1: 5 βαθμοί – οι μαθητές παρέχουν σαφείς ερμηνείες του συστήματος ταξινόμησης που επινόησαν.

• Πίνακας 2: 2 βαθμοί για κάθε ερώτηση - Aπαντήσεις (E/S0/SB0 - 2, 6, 9), (S - 1, 8, 12), (SB - 3, 4, 10), (IR - 5, 7, 11).

• Πίνακες 3, 4 και 5 (μετρώντας γαλαξίες): δεν βαθμολογείται – βασίζεται στην υποκειμενική ερμηνεία των μαθητών.

• Πίνακας 6 και Υπολογισμοί: 30 βαθμοί – Βαθμολογείται η συμπλήρωση και όχι η ακρίβεια. Οι μαθητές θα συνάγουν διαφορετικούς αριθμούς, αλλά θα πρέπει να είναι σωστές οι μαθηματικές πράξεις. Οι απαντήσεις για τα ποσοστά κατά κανόνα εμπίπτουν στο παρακάτω φάσμα: (Σμήνος: E 50%, L 30%, S 20%) (Πεδίο: E 20%, L 10%, S 70%). Οι μαθητές συνήθως βρίσκουν μεγαλύτερο ποσοστό σπειροειδών γαλαξιών στο πεδίο.

Ερώτηση Υπόθεσης: 30 βαθμοί – Η υπόθεση που συγκροτούν οι μαθητές θα πρέπει να αναφέρεται στις συνέπειες των αλληλεπιδράσεων και της διαδικασίας απογύμνωσης λόγω πίεσης ( ram-pressure stripping) κατά τη μεταβολή των γαλαξιών από πλούσιους σε αέρια σπειροειδείς σε ελλειπτικούς και φακοειδείς γαλαξίες με λίγα αέρια σε σμήνη.

• Φωτογραφία 40 γαλαξιών.
• Κάρτες γαλαξιών από το A ως το D.

Ταξινόμηση γαλαξιών

Οι αστρονόμοι ταξινομούν τους γαλαξίες με βάση την εμφάνισή τους σε τρεις βασικές κατηγορίες: ελλειπτικούς, σπειροειδείς και ακανόνιστους/ανώμαλους. Ο Edwin Hubble επινόησε πρώτος αυτό το σύστημα ταξινόμησης. Ο Hubble αρχικά σκέφτηκε ότι η ακολουθία που αποτυπώνεται στο διάγραμμα που ονομάζεται διαπασών (‘tuning fork’) αντιπροσωπεύει την εξελικτική πρόοδο των

γαλαξιών. Η σύλληψη αποδείχτηκε εσφαλμένη, αλλά οι αστρονόμοι εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τις γενικές αυτές κατηγορίες και ονόματα για να περιγράψουν τους γαλαξίες.

Οι Κύριοι Τύποι Γαλαξιών

Ελλειπτικοί (E), Φακοειδείς (S0), Φακοειδείς με Ράβδο (SB0), Σπειροειδείς (S), Ραβδωτοί Σπειροειδείς (SB) και Ακανόνιστοι (IR). Περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να βρείτε στην ενότητα περιγραφής της δραστηριότητας.

Μια ακόμα κατηγορία γαλαξιών

Διαδραστικός τύπος: Αποτελείται από δύο ή περισσότερους γαλαξίες οι οποίοι βρίσκονται τόσο κοντά που επηρεάζουν ο ένας το σχήμα του άλλου.

Δεδομένα που παρέχονται στη δραστηριότητα

Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται στη δραστηριότητα προέρχονται από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble και αφορούν στο γαλαξιακό Σμήνος της Κόμης. Συγκεντρώθηκαν το 2006 χρησιμοποιώντας το Όργανο Advanced Camera for Surveys (ACS) του Διεθνούς Τηλεσκόπιου Hubble.

Γαλαξιακά περιβάλλοντα

Γαλαξίες υπάρχουν σε όλο το σύμπαν και ζουν σε ποικίλα περιβάλλοντα. Οι γαλαξίες βρίσκονται σε σμήνη, σε ομάδες ή απομονωμένοι.

Ομάδες

Ορισμένες φορές οι γαλαξίες ανήκουν σε ομάδες ολιγομελείς, οι οποίες δηλαδή αποτελούνται από λίγους μόνο γαλαξίες. Η Τοπική Ομάδα περιλαμβάνει τον δικό μας γαλαξία της Γαλακτικής Οδού και τους γειτονικούς γαλαξίες των Νεφών του Μαγγελάνου και της Ανδρομέδας, καθώς και μερικές δεκάδες μικρότερων γαλαξιών.

Πεδίο

Άλλες φορές, οι γαλαξίες είναι απομονωμένοι και μακριά από κάποιον άλλον στο πεδίο. Αυτοί ονομάζονται γαλαξίες πεδίου.

Σμήνη

Γαλαξιακό σμήνος είναι μια μεγάλου μεγέθους δομή στο σύμπαν η οποία αποτελείται από εκατοντάδες ή χιλιάδες γαλαξίες βαρυτικά συνδεδεμένους. Το πλήθος των γαλαξιών που ανήκουν στο σμήνος βρίσκονται κοντά ο ένας στον άλλον, όπως στο Σμήνος της Κόμης. Τα σμήνη αποτελούν ορισμένες από τις μεγαλύτερες και πιο πυκνές δομές στο σύμπαν. Τα σμήνη, οι ομάδες και κάποιοι απομονωμένοι γαλαξίες μπορεί να αποτελούν μέλη ακόμα μεγαλύτερων δομών, γνωστών ως υπερσμήνη. Στις μεγαλύτερες κλίμακες του ορατού σύμπαντος, τα υπερσμήνη συγκεντρώνονται

σχηματίζοντας νήματα και τείχη που περιβάλλουν αχανή κενά. Συχνά αναφορά στη δομή αυτή γίνεται ως «κοσμικός ιστός».

Οι μαθητές πρώτα θα μελετήσουν τις φωτογραφίες 40 γαλαξιών, ώστε να εξοικειωθούν με τις διάφορες όψεις και σχήματα των γαλαξιών. Θα επινοήσουν το δικό τους σύστημα κατηγοριοποίησης για γαλαξίες και στη συνέχεια θα εξετάσουν τον τρόπο που οι αστρονόμοι κατηγοριοποιούν τους γαλαξίες σε τέσσερις βασικές ομάδες.

Βήμα 1

Πείτε στους μαθητές: το παραπάνω διάγραμμα παρουσιάζει ένα μωσαϊκό 40 γαλαξιών. Οι φωτογραφίες ελήφθησαν με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble και δείχνουν την ποικιλία των σχημάτων που έχουν οι γαλαξίες. Όταν ο αστρονόμος Edwin Hubble πρώτος ξεκίνησε να μελετάει τους διάφορους τύπους γαλαξιών τη δεκαετία του 1920, ανέπτυξε έναν τρόπο οργάνωσης και κατηγοριοποίησής τους. Δημιούργησε ένα σύστημα ταξινόμησης με βάση το οποίο παρεμφερείς γαλαξίες συγκαταλέγονταν στην ίδια ομάδα.

Εσείς τώρα πρέπει να κάνετε το ίδιο. Στον παρακάτω πίνακα, επινοήστε τους δικούς σας τύπους γαλαξιών και κάντε μια περιγραφή τους, δίνοντας ταυτόχρονα τρία παραδείγματα για τον κάθε έναν.

Συμπληρώστε τον πίνακα στο φύλλο εργασίας.

Βήμα 2

Συζήτηση:

Ζητήστε από τους μαθητές να δείξουν ο ένας στον άλλον τους πίνακες με την ταξινόμηση στην οποία κατέληξαν. Προτεινόμενα σημεία για συζήτηση:

• Ποιες είναι οι σημαντικές ομοιότητες μεταξύ των προτάσεών σας;

• Οι σημαντικές διαφορές;

• Επιχειρήματα για τον τρόπο ταξινόμησης συγκεκριμένων γαλαξιών;

• Γιατί αποφάσισαν οι μαθητές να κατηγοριοποιήσουν τους γαλαξίες με τον συγκεκριμένο τρόπο;

• Ποιες εντελώς διαφορετικές κατηγοριοποιήσεις μπορείτε να επινοήσετε, π.χ. αν είχατε διαφορετικά δεδομένα για τους ίδιους γαλαξίες;

• Γιατί είναι (ή δεν είναι) σημαντική η κατηγοριοποίηση αντικειμένων;

• Μπορεί να αλλάξουν οι κατηγοριοποιήσεις στην πάροδο του χρόνου;

Μπορείτε να επιστρέψετε στα παραπάνω σημεία για συζήτηση σε μεταγενέστερο σημείο της δραστηριότητας. (Λογικά, τουλάχιστον κάποιοι μαθητές θα επινοήσουν προτάσεις κατηγοριοποίησης με βάση το σχήμα – αλλά αν δεν το κάνουν, αφού συζητήσετε τις προτάσεις τους, ενθαρρύνετέ τους να επινοήσουν άλλους τρόπους κατηγοριοποίησης με βάση το σχήμα).

Προτρέψτε τους μαθητές να κάνουν παρατηρήσεις και να διατυπώσουν ερωτήσεις με βάση την ανάλυση της εικόνας που έχουν κάνει μέχρι στιγμής, συζητήστε τις σε ομάδες και σημειώστε τις γραπτώς. Στόχος είναι να ρωτήσουν «Γιατί οι διάφοροι γαλαξίες έχουν διαφορετικά σχήματα;» Στη συνέχεια, προτρέψτε τους μαθητές να συζητήσουν και να σημειώσουν γραπτώς ερωτήσεις και ιδέες σχετικά με τους πιθανούς λόγους για τους οποίους οι γαλαξίες έχουν διαφορετικά σχήματα – για παράδειγμα

• Είχαν εξαρχής διαφορετικά σχήματα οι γαλαξίες ή είχαν το ίδιο σχήμα όταν δημιουργήθηκαν και στη συνέχεια εξελίχθηκαν παίρνοντας διαφορετικό σχήμα;

• Πώς μπορεί να διαφέρει η ιστορία των διαφόρων γαλαξιών (ιδιαίτερα, στον βαθμό το σχήμα τους επηρεάστηκε από αυτήν); (Ενθαρρύνετε τους μαθητές να προσανατολιστούν στην ιδέα ότι οι γαλαξίες αλληλεπιδρούν)

• Είναι δυνατόν η εξέλιξη του σχήματος ενός γαλαξία να οφείλεται σε εσωτερικές διεργασίες ή να εξαρτάται από εξωγενείς διεργασίες (π.χ. κάτι που συμβαίνει αναπόφευκτα στους γαλαξίες με την πάροδο του χρόνου ή λόγω αλληλεπίδρασης με κάποιον άλλον γαλαξία);

• Μπορεί το σχήμα να σχετίζεται με το μέγεθος του γαλαξία κατά τον σχηματισμό του;

• Τα σχήματα που παρατηρούμε είναι μεταβατικά ή μακρόβια;

Όσο οι μαθητές εξετάζουν ανάλογες σκέψεις, ενθαρρύνετέ τους να συζητήσουν πώς θα μπορούσαν να διερευνήσουν τις ερωτήσεις. (Θα μπορούσαν ίσως οι μαθητές να σκεφτούν ότι οι αλληλεπιδράσεις με άλλους γαλαξίες είναι σημαντικές και ότι η μελέτη των περιοχών όπου συγκεντρώνονται πολλοί γαλαξίες και όπου συντελούνται τόσες πολλές αλληλεπιδράσεις συνιστά πιθανώς έναν τρόπο να διερευνήσουν την υπόθεσή τους.

Είτε κάνουν αυτήν τη σκέψη είτε όχι, η προηγούμενη συζήτηση θα τους εφοδιάσει ώστε να εξετάσουν διεξοδικότερα αυτήν την ιδέα αργότερα στη διάρκεια της δραστηριότητας).

Βήμα 3

Πείτε στους μαθητές: Οι αστρονόμοι έχουν αναπτύξει τη δική τους κατηγοριοποίηση των γαλαξιών, με βάση το σχήμα τους (συχνά αποκαλούμενο «μορφολογία»). Οι ορισμοί των κύριων τύπων γαλαξιών που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι παρατίθενται παρακάτω. Χρησιμοποιώντας τους ορισμούς αυτούς, τοποθετήστε τους 12 γαλαξίες που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα στις συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες κατηγορίες. Συμπληρώστε τον πίνακα στο φύλλο εργασίας.

Σημείωση: Οι μικρότεροι γαλαξίες συχνά αποκαλούνται γαλαξίες νάνοι (οι γαλαξίες αρ. 5 και αρ. 7 είναι νάνοι). Αυτοί περιέχουν μόνο λίγα δισεκατομμύρια αστέρια – μικρός αριθμός συγκριτικά με τα 200 δισεκατομμύρια αστέρια της Γαλακτικής Οδού. Οι μεγαλύτεροι ελλειπτικοί γαλαξίες περιέχουν αρκετά τρισεκατομμύρια αστέρια.

Συζήτηση: Να συγκρίνετε την κατηγοριοποίηση που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι με τα συστήματα κατηγοριοποίησης που σχεδίασαν οι μαθητές της τάξης.

Βήμα 4

Πείτε στους μαθητές: Χρησιμοποιήστε την παρακάτω εικόνα και τις οδηγίες για να αποφασίσετε πώς θα εντοπίσετε και θα μετρήσετε τους γαλαξίες.

Οδηγίες:

• I) Ελλειπτικοί ή Φακοειδείς γαλαξίες: η διάκριση μεταξύ των δύο είναι δύσκολη. Αν ξέρετε ότι ο γαλαξίας είναι E ή S0 / SB0, αρκεί να μαντέψετε μεταξύ των δύο.

• II) Σπειροειδείς και Ραβδωτοί Σπειροειδείς γαλαξίες: η διάκριση μεταξύ των δύο είναι δύσκολη. Αν ξέρετε ότι ο γαλαξίας είναι S ή SB, αρκεί να μαντέψετε μεταξύ των δύο.

• III) Ακανόνιστος γαλαξίας.

• IV) Αβέβαιο σχήμα: μια πλάγια άποψη του γαλαξία που θα μπορούσε να είναι ένας S0, SB0, S, SB, ή IR γαλαξίας. Οι πιθανότητες είναι τόσες πολλές, που δεν χρειάζεται να τις μετρήσετε.

• Αστέρι) όποιο σώμα έχει «σταυρονήματα» που προεξέχουν από αυτό είναι αστέρι προσκηνίου του γαλαξία της Γαλακτικής Οδού, οπότε μην τα μετρήσετε.

• ?) Μην μετρήσετε τα μικρά, αχνά σώματα όπως αυτά των οποίων η ταξινόμηση είναι δύσκολη.

Βήμα 5

Καταφορτώστε τις εικόνες «Κάρτες Γαλαξιών» (Galaxies Cards) A-D για να μετρήσετε τους τύπους των γαλαξιών που βλέπετε σε κάθε εικόνα. Μετρήστε τον αριθμό των γαλαξιών κάθε μορφολογικού τύπου και γράψτε τον αριθμό στη σωστή θέση στον πίνακα.

Βήμα 6

Πείτε στους μαθητές: Γαλαξίες βρίσκουμε σε όλο τον σύμπαν, από τους γειτονικούς σε εμάς γαλαξίες – τα Νέφη του Μαγγελάνου και την Ανδρομέδα - μέχρι τα έσχατα του ορατού σύμπαντος 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Οι γαλαξίες ζουν σε ποικίλα περιβάλλοντα. Ορισμένες φορές πολλοί γαλαξίες συγκεντρώνονται σε σμήνη, όπως το Σμήνος της Κόμης. Άλλες φορές, συγκεντρώνονται σε μικρότερες ομάδες, όπως την Τοπική Ομάδα που περιλαμβάνει τη Γαλακτική Οδό. Τέλος, άλλες φορές βρίσκονται απομονωμένοι ο ένας από τον άλλον στο πεδίο. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις διαφορετικές ιδιότητες για τους διάφορους τύπους των γαλαξιακών περιβαλλόντων.

Στο προηγούμενο βήμα, οι εικόνες Α και C στις Κάρτες Γαλαξιών δείχνουν τον πυκνό κεντρικό πυρήνα του Σμήνους της Κόμης, ενώ οι εικόνες Β και D δείχνουν γαλαξίες έξω στο πεδίο. (Σημείωση: Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν μερικές φορές τον όρο «πεδίο» εννοώντας την περιοχή εκτός των γαλαξιακών σμηνών). Συμπληρώστε τους πίνακες με τους αριθμούς που γράψατε στον πίνακα στο βήμα 5 της δραστηριότητας.

Βλ. τους πίνακες στο φύλλο εργασίας.

Βήμα 7

Ζητήστε από τους μαθητές να σκεφτούν και να συζητήσουν σε ομάδες: Ποιες τάσεις παρατηρείτε από τα δεδομένα που αναλύσατε παραπάνω; Παρατηρείτε τίποτα σχετικά με το πού συνήθως βρίσκεται κάθε διαφορετικός τύπος γαλαξιών; (Επιπλέον υπόδειξη: Παρατηρείτε περισσότερους σπειροειδείς γαλαξίες ως επί το πλείστον στο πυκνό σμήνος ή στο πεδίο; Όσον αφορά στους ελλειπτικούς;) Οι μαθητές λογικά θα παρατηρήσουν ότι οι σπειροειδείς γαλαξίες είναι συνηθέστεροι στο πεδίο και οι ελλειπτικοί πιο συχνοί σε πυκνά σμήνη. Ερώτηση επέκτασης: Σας εκπλήσσει αυτό; Στόχος εδώ είναι να ρωτήσουν οι μαθητές «Γιατί ο αριθμός των σπειροειδών γαλαξιών (ή των ελλειπτικών γαλαξιών) εξαρτάται από τη θέση του γαλαξία;».

Ζητήστε τους μαθητές να συζητήσουν και να σημειώσουν γραπτώς ιδέες σχετικά με το πώς ο τύπος του γαλαξία φαίνεται να επηρεάζεται από τη θέση του. Ρωτήστε τους μαθητές πώς μπορούν να διερευνήσουν τις ιδέες τους: Τι προβλέψεις μπορούν να γίνουν με βάση τις ιδέες τους; Ποιες επιπλέον παρατηρήσεις ή πληροφορίες θα ήθελαν να έχουν; Πώς μπορούν να ποσοτικοποιήσουν την τάση αυτή χρησιμοποιώντας τα δεδομένα;

Βήμα 8

Τα παρακάτω βήματα εξηγούν πώς οι μαθητές μπορούν να διερευνήσουν την τάση αυτή, πρώτα ποσοτικοποιώντας την και στη συνέχεια διαβάζοντας περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού και εξέλιξης των γαλαξιών. Μπορείτε να τους πείτε τι ακριβώς να κάνουν, όπως παρουσιάζεται παρακάτω. Ακόμα καλύτερα, χωρίστε τους σε ομάδες να συζητήσουν πώς θα μπορούσαν να διερευνήσουν την ερώτησή τους, ξεκινώντας από τον τρόπο ποσοτικοποίησης της τάσης και κατόπιν καθορίζοντας οι ίδιοι τη διαδικασία που θα ακολουθήσουν για να γίνουν οι παρακάτω υπολογισμοί.

Χρησιμοποιώντας κομπιουτεράκι, βρείτε τα ποσοστά κάθε τύπου γαλαξία στο σμήνος έναντι του πεδίου (Αγνοήστε τους IR και INT).

Χρησιμοποιήστε τους αριθμούς από τον παραπάνω πίνακα για να υπολογίσετε τα ποσοστά και συμπληρώστε τα παρακάτω κενά:

Στο Σμήνος :% Ελλειπτικών γαλαξιών (e / h) = __ %

% Φακοειδών γαλαξιών (f / h) = __ %

% Σπειροειδών γαλαξιών (g / h) = _ %

Στο πεδίο:% Ελλειπτικών γαλαξιών (i / m) = _ %

% Φακοειδών γαλαξιών (j / m) = __ %

% Σπειροειδών γαλαξιών (k / m) = _ %

Ερώτηση: Πού βρήκατε μεγαλύτερο ποσοστό σπειροειδών γαλαξιών – στο Σμήνος ή στο Πεδίο; Απάντηση: _

Πείτε στους μαθητές: Τα ποσοστά που μόλις βρήκατε φανερώνουν ποιοι τύποι γαλαξιών είναι συνηθέστεροι στο Σμήνος της Κόμης έναντι των τύπων που είναι συχνότεροι στο πεδίο.

Οι αστρονόμοι έχουν διεξάγει το ίδιο πείραμα σε χιλιάδες γαλαξίες στο εγγύς σύμπαν και ανακάλυψαν ότι τα παρακάτω ποσοστά είναι αρκετά τυπικά:

• Σε πυκνά σμήνη, 40% των γαλαξιών είναι ελλειπτικοί,, 50% φακοειδείς και 10% σπειροειδείς.

• Στο πεδίο, 10% των γαλαξιών είναι ελλειπτικοί, 10% φακοειδείς και 80% σπειροειδείς.

Όταν οι γαλαξίες βρίσκονται πολύ κοντά ο ένας στον άλλον, υπάρχουν περισσότεροι ελλειπτικοί και φακοειδείς. Όταν οι γαλαξίες είναι πιο μακριά ο ένας από τον άλλον, είναι περισσότεροι οι σπειροειδείς. Οι αστρονόμοι ονομάζουν το φαινόμενο «σχέση μορφολογίας-πυκνότητας». Ο όρος ουσιαστικά σημαίνει ότι σε πολυπληθείς γαλαξιακές γειτονιές, όπως τα σμήνη, βρίσκουμε διαφορετικούς τύπους γαλαξιών από αυτούς που βρίσκουμε σε ανοιχτές επιφάνειες, όπως το πεδίο.

Βήμα 9

Οι μαθητές λογικά θα έχουν ήδη (από το Βήμα 7) ήδη κάνει την ερώτηση «Γιατί βρίσκουμε περισσότερους ελλειπτικούς και φακοειδείς γαλαξίες σε σμήνη και περισσότερους σπειροειδείς στο πεδίο;” (Η ερώτηση μπορεί επίσης να επαναδιατυπωθεί ως εξής: «Γιατί παρατηρούμε σχέση μεταξύ μορφολογίας και πυκνότητας;) Επίσης, λογικά θα έχουν ήδη σκεφτεί ότι θα υπάρχουν αλληλεπιδράσεις ή ακόμα κι ότι σε πυκνότερα περιβάλλοντα, όπως στο κέντρο ενός σμήνους, συντελούνται περισσότερες αλληλεπιδράσεις.

Παρακάτω θα βρείτε πληροφορίες που προσφέρονται για να απαντηθεί η παραπάνω ερώτηση. Μπορείτε να δώσετε στους μαθητές το κείμενο για να το διαβάσουν και να τους ζητήσετε να το συζητήσουν και να σημειώσουν γραπτώς μια εξήγηση για το εν λόγω φαινόμενο. Εναλλακτικά, μπορείτε να τους προτρέψετε να σκεφτούν ιδέες και να συζητήσουν πιθανές ερμηνείες, στη συνέχεια θα μπορούσαν να κάνουν μια έρευνα χρησιμοποιώντας τα διδακτικά εγχειρίδια/ το

διαδίκτυο μόνοι τους ή σε ομάδες και τέλος να πουν ο ένας στον άλλον τις ερμηνείες στις οποίες κατέληξαν.

Ερμηνεία:

Πολλοί γαλαξίες περιέχουν αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν «αέρια», που κατά κανόνα σημαίνει αέριο υδρογόνο, ενίοτε αναμεμιγμένο με τα αέρια άλλων στοιχείων ή και με σκόνη. Τα νέφη των αερίων μπορεί να καταρρεύσουν λόγω της βαρύτητας, γεγονός που οδηγεί στον σχηματισμό αστέρων. Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει πολλούς σπειροειδείς γαλαξίες (τύπου S και SB) και έχουν διαπιστώσει ότι οι περισσότεροι από αυτούς περιέχουν πολλά αέρια και επί του παρόντος σχηματίζουν πολλά νέα αστέρια. Οι ελλειπτικοί και οι φακοειδείς γαλαξίες (E, S0 και SB0) δεν περιέχουν πολλά αέρια και δεν σχηματίζουν πολλά νέα αστέρια.

Οι γαλαξίες που βρίσκονται πολύ κοντά ο ένας στον άλλον, εκείνοι που βρίσκονται σε σμήνη συχνά υπόκεινται σε πλήθος βίαιων αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Όταν ένας σπειροειδής γαλαξίας με μεγάλη περιεκτικότητα σε αέρια αλληλεπιδράσει με έναν άλλον γαλαξία, συνήθως εξαντλεί γρήγορα το μεγαλύτερο μέρος των αερίων του για τη δημιουργία νέων αστεριών, αφήνοντας λίγα αέρια πίσω του. Οι διαγαλαξιακές αλληλεπιδράσεις συχνά μετατρέπουν γαλαξίες πλούσιους σε αέρια σε γαλαξίες με μικρή περιεκτικότητα αερίων. Πολλοί φακοειδείς γαλαξίες είναι τα υπολείμματα παλιών σπειροειδών γαλαξιών που έχασαν τα αέριά τους, ενώ πολλοί ελλειπτικοί γαλαξίες είναι ό,τι απέμεινε από τη σύγκρουση αρκετών σπειροειδών γαλαξιών.

Τα γαλαξιακά σμήνη συνήθως είναι γεμάτα καυτά αέρια που «παραγεμίζουν» τους χώρους ανάμεσα στους γαλαξίες του σμήνους. Τέτοια καυτά αέρια, όμως, δεν υπάρχουν στο πεδίο. Όταν η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα καυτά αυτά αέρια χτυπάει έναν σπειροειδή γαλαξία, τον απογυμνώνει από τα πολύ πιο ψυχρά αέριά του, εξαιτίας της εξαιρετικής πίεσης που δέχεται κατά την κίνησή του σε “υγρό” περιβάλλον, μια διαδικασία που ονομάζεται "ram-pressure stripping." Η διαδικασία ταχύτητα μετατρέπει έναν πλούσιο σε αέρια σπειροειδή γαλαξία σε φακοειδή γαλαξία με μικρή περιεκτικότητα σε αέρια. Οι σπειροειδείς γαλαξίες δυσκολεύονται να επιβιώσουν στο υπερθερμασμένο περιβάλλον αερίων.

Όπως βλέπετε, οι γαλαξίες αλλάζουν και εξελίσσονται στην πάροδο του χρόνου και οι γαλαξίες που παρατηρούμε στο κοντινό μας σύμπαν σήμερα, έχουν μια ήδη πολύ μακρά ιστορία.

Επιπλέον δραστηριότητα

Όταν πια οι μαθητές θα γνωρίζουν τα σχήματα των γαλαξιών, μπορούν να συμβάλουν σε ένα υπαρκτό επιστημονικό ερευνητικό έργο, το πρόγραμμα της επιστήμης πολιτών Galaxy Zoo: http://www.space-awareness.org/el/games/galaxy-zoo/

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, Galaxies

National Curricula USA

Next Generation Science Standards, content Standard in 9-12 Science as Inquiry (Abilities necessary to do scientific inquiry, Unders and Content Standard in 9-12 Earth and Space Science (Origin and evolution of the universe)

National Curricula UK

GCSE, KS3 ,A level: Physics - Edexcel; OCR A; WJEC