Наша Галактика. Загадки Млечного пути

В какой-то степени мы знаем о далеких звездных системах больше, чем о нашей родной Галактике – Млечный Путь. Исследовать его структуру трудней, чем строение любых других галактик, потому как изучать ее приходится изнутри, и многое не так легко разглядеть. Межзвездные пылевые облака поглощают свет, излучаемый мириадами отдаленных звезд.

Только с развитием радиоастрономии и появлением инфракрасных телескопов ученые смогли понять, как устроена наша Галактика. Но многие детали остаются неясны и по сей день. Даже число звезд в Млечном Пути оценивается довольно приблизительно. Новейшие электронные справочники называют цифры от 100 до 300 миллиардов звезд.

Еще не так давно считалось, что у нашей Галактики имеются 4 больших рукава. Но в 2008 г. астрономы из Висконсинского университета опубликовали результаты обработки около 800 000 инфракрасных снимков, которые были сделаны космическим телескопом «Спитцер». Их анализ показал, что у Млечного Пути всего два рукава. Что до других рукавов, то они являются только узкими боковыми ответвлениями. Итак, Млечный Путь – это спиральная галактика с двумя рукавами. Следует отметить, у большинства известных нам спиральных галактик также только два рукава.

«Благодаря телескопу “Спитцер” мы имеем возможность заново переосмыслить структуру Млечного Пути, – подчеркнул астроном Роберт Бенджамин из Висконсинского университета, выступая на конференции Американского астрономического общества. – Мы уточняем наше представление о Галактике точно так же, как столетия назад первооткрыватели, совершая путешествия по земному шару, уточняли и переосмысливали прежние представления о том, как выглядит Земля».

С начала 90-х годов XX века, наблюдения, проводимые в инфракрасном диапазоне, все больше и больше меняют наши знания о структуре Млечного Пути, ведь инфракрасные телескопы дают возможность заглянуть сквозь газопылевые облака и увидеть то, что недоступно для обычных телескопов.

2004 год — возраст нашей Галактики был оценен в 13,6 миллиарда лет. Она возникла в скором времени после . Вначале это был диффузный газовый пузырь, содержавший в основном водород и гелий. Со временем он превратился в громадную спиральную галактику, в которой мы сейчас живем.

Общая характеристика

Но как протекала эволюция нашей Галактики? Как она формировалась – медленно или, напротив, очень быстро? Как она насыщалась тяжелыми элементами? Как изменялись за миллиарды лет форма Млечного Пути и его химический состав? Подробные ответы на эти вопросы еще предстоит дать ученым.

Протяженность нашей Галактики составляет около 100 000 световых лет, а средняя толщина галактического диска – около 3 000 световых лет (толщина выпуклой его части – балджа – достигает 16 000 световых лет). Впрочем, в 2008 г. австралийский астроном Брайан Генслер, проанализировав результаты наблюдений за пульсарами, предположил, что, вероятно, галактический диск в два раза толще, чем принято считать.

Велика или мала наша Галактика по космическим меркам? Для сравнения: протяженность туманности Андромеды, ближайшей к нам крупной галактики, составляет приблизительно 150 000 световых лет.

В конце 2008 г. исследователи установили методами радиоастрономии, что Млечный Путь вращается быстрей, чем предполагали ранее. Судя по этому показателю, его масса приблизительно в полтора раза выше, чем принято было считать. По разным оценкам, она варьируется от 1,0 до 1,9 триллиона солнечных масс. Опять же для сравнения: массу туманности Андромеды оценивают самое меньшее в 1,2 триллиона солнечных масс.

Строение галактик

Черная дыра

Итак, Млечный Путь не уступает по размерам туманности Андромеды. «Нам не следует больше относиться к нашей Галактике как к младшей сестре туманности Андромеды», – отметил астроном Марк Рейд из Смитсоновского центра астрофизики при Гарвардском университете. В то же время, поскольку масса нашей Галактике больше, чем предполагалось, сила ее притяжения также выше, а значит, возрастает и вероятность ее столкновения с другими галактиками, находящимися поблизости от нас.

Нашу Галактику окружает шаровидное гало, достигающее в поперечнике 165 000 световых лет. Астрономы порой называют гало «галактической атмосферой». Оно содержит примерно 150 шаровых скоплений, а также небольшое количество древних звезд. Все остальное пространство гало заполнено разреженным газом, а также темным веществом. Массу последнего оценивают приблизительно в триллион солнечных масс.

В спиральных рукавах Млечного Пути содержится огромное количество водорода. Именно здесь продолжают зарождаться звезды. Со временем молодые звезды покидают рукава галактик и «переселяются» в галактический диск. Впрочем, самые массивные и яркие звезды живут довольно недолго, потому не успевают удалиться от места своего рождения. Неслучайно рукава нашей Галактики так ярко светятся. Большая же часть Млечного Пути состоит из небольших, не очень массивных звезд.

Центральная часть Млечного Пути располагается в созвездии Стрельца. Эта область окружена темными газопылевыми облаками, за которыми нельзя ничего увидеть. Только начиная с 1950-х годов, используя средства радиоастрономии, ученые смогли постепенно рассмотреть то, что таится там. В этой части Галактики был обнаружен мощный радиоисточник, получивший название Стрелец А. Как показали наблюдения, здесь сосредоточена масса, превосходящая массу Солнца в несколько миллионов раз. Самое приемлемое объяснение этого факта возможно только одно: в центре нашей Галактики находится .

Сейчас она по каким-то причинам устроила себе передышку и не проявляет особой активности. Приток вещества сюда очень скуден. Может быть, со временем у черной дыры пробудится аппетит. Тогда она снова начнет поглощать окружившую ее пелену газа и пыли, и Млечный Путь пополнит список активных галактик. Возможно, что перед этим в центре Галактики начнут бурно зарождаться звезды. Подобные процессы, вероятно, регулярно повторяются.

2010 год — американские астрономы при помощи Космического телескопа имени Ферми, предназначенного для наблюдения за источниками гамма-излучения, обнаружили в нашей Галактике две загадочные структуры – два громадных пузыря, испускающих гамма-излучение. Диаметр каждого из них составляет в среднем 25 000 световых лет. Они разлетаются из центра Галактики в северном и южном направлениях. Может быть, речь идет о потоках частиц, которые испустила некогда черная дыра, находящаяся посредине Галактики. Другие исследователи считают, что речь идет о газовых облаках, взорвавшихся при зарождении звезд.

Вокруг Млечного Пути расположены несколько карликовых галактик. Самые известные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака, которые связаны с Млечным Путем своего рода водородным мостом, огромным шлейфом газа, что тянется за этими галактиками. Он получил название «Магелланова потока». Его протяженность составляет около 300 000 световых лет. Наша Галактика постоянно поглощает ближайшие к ней карликовые галактики, в частности, галактику Сагитариуса, которая расположена на расстоянии 50 000 световых лет от галактического центра.

Остается добавить, что Млечный Путь и туманность Андромеды движутся навстречу друг другу. Предположительно через 3 миллиарда лет обе галактики сольются воедино, образовав более крупную эллиптическую галактику, которую уже назвали «Млечномедой».

Происхождение Млечного пути

Туманность Андромеды

На протяжении долгого времени считалось, что Млечный Путь формировался постепенно. 1962 год — Олин Эгген, Дональд Линден-Белл и Аллан Сендедж предложили гипотезу, которая стала известна, как модель ELS (ее назвали по начальным буквам их фамилий). Согласно ей, на месте Млечного Пути когда-то медленно вращалось однородное облако газа. Оно напоминало шар и достигало в поперечнике приблизительно 300 000 световых лет, а состояло в основном из водорода и гелия. Под действием гравитации протогалактика сжалась и стала плоской; при этом ее вращение заметно ускорилось.

Почти два десятка лет такая модель устраивала ученых. Но новые результаты наблюдений показали, что Млечный Путь не мог возникнуть так, как ему предписали теоретики.

Согласно этой модели, сначала образуется гало, а потом – галактический диск. Но в диске также встречаются очень древние звезды, к примеру, красный гигант Арктур, чей возраст больше 10-ти миллиардов лет, или многочисленные белые карлики того же возраста.

И в галактическом диске, и в гало обнаружены шаровые скопления, которые моложе, чем допускает модель ELS. Очевидно, они поглощены нашей Галактикой поздней.

Многие звезды в гало вращаются в другом направлении, нежели Млечный Путь. Может быть, они тоже находились когда-то за пределами Галактики, но потом были втянуты в этот «звездный вихрь» – словно случайный пловец в водоворот.

1978 год — Леонард Сирл и Роберт Цинн предложили свою модель становления Млечного Пути. Ее обозначили как «модель SZ». Теперь история Галактики заметно усложнилась. Еще не так давно ее молодость, в представлении астрономов, описывалась столь же просто, как во мнении физиков – прямолинейное поступательное движение. Механика происходящего была отчетливо видна: имелось однородное облако; оно состояло только из равномерно разлившегося газа. Ничто своим присутствием не усложняло расчеты теоретиков.

Теперь вместо одного огромного облака в видениях ученых возникли сразу несколько небольших, причудливо разбросанных облаков. Среди них виднелись и звезды; правда, они были расположены только в гало. Внутри гало все бурлило: облака сталкивались; газовые массы перемешивались и уплотнялись. С течением времени из этой смеси образовался галактический диск. В нем начали возникать новые звезды. Но и эту модель впоследствии раскритиковали.

Нельзя было понять, что связывало гало и галактический диск. Этот сгущавшийся диск и реденькая звездная оболочка вокруг него имели мало общего. Уже после того, как Сирл и Цинн составили свою модель, выяснилось, что гало вращается слишком медленно, чтобы из него образовался галактический диск. Судя по распределению химических элементов, последний возник из протогалактического газа. Наконец, момент количества движения диска оказался в 10 раз выше, чем гало.

Весь секрет в том, что обе модели содержат зерно истины. Вся беда в том, что они слишком простые и односторонние. Обе они кажутся теперь фрагментами одного и того же рецепта, по которому был сотворен Млечный Путь. Эгген и его коллеги прочитали несколько одних строк из этого рецепта, Сирл и Цинн – несколько других. Потому, пытаясь заново представить историю нашей Галактики, мы то и дело замечаем знакомые, уже читанные однажды строки.

Млечный путь. Компьютерная модель

Итак, все началось в скором времени после Большого взрыва. «Сегодня принято полагать, что флуктуации плотности темного вещества породили первые структуры – так называемые темные гало. Благодаря силе гравитации эти структуры не распадались», – отмечает немецкий астроном Андреас Буркерт, автор новой модели рождения Галактики.

Темные гало стали зародышами – ядрами – будущих галактик. Вокруг них под воздействием гравитации скапливался газ. Происходил однородный коллапс, как описывает его модель ELS. Уже спустя 500-1000 миллионов лет после Большого взрыва газовые скопления, окружавшие темные гало, стали «инкубаторами» звезд. Здесь появились небольшие протогалактики. В плотных облаках газа возникли первые шаровые скопления, ведь звезды здесь рождались в сотни раз чаще, чем где-либо еще. Протогалактики сталкивались и сливались друг с другом – так образовались крупные галактики, в том числе наш Млечный Путь. Сегодня он окружен темным веществом и гало, состоящим из одиночных звезд и их шаровых скоплений, этими руинами мироздания, чей возраст превышает 12 миллиардов лет.

В протогалактиках было много очень массивных звезд. Не прошло и нескольких десятков миллионов лет, как большинство из них взорвалось. Эти взрывы обогатили облака газа тяжелыми химическими элементами. Потому в галактическом диске рождались не такие звезды, как в гало, – они содержали в сотни раз больше металлов. Кроме этого, эти взрывы породили мощные галактические вихри, которые разогревали газ и выметали его за пределы протогалактик. Произошло разделение газовых масс и темного вещества. Это была важнейшая стадия формирования галактик, не учтенная прежде ни в одной модели.

Вместе с этим темные гало все чаще сталкивались друг с другом. Причем протогалактики вытягивались или распадались. Об этих катастрофах напоминают цепочки звезд, сохранившиеся в гало Млечного Пути со времен «юности». Изучая их расположение, возможно оценить события, которые происходили в ту эпоху. Постепенно из этих звезд образовалась обширная сфера – видимое нами гало. По мере остывания внутрь него проникали газовые облака. Их момент количества движения сохранялся, потому они не сжались в одну-единственную точку, а образовали вращающийся диск. Все это произошло более 12 миллиардов лет назад. Теперь газ сжимался так, как было описано в модели ELS.

В это время образуется и «балдж» Млечного Пути – его срединная часть, напоминающая эллипсоид. Балдж состоит из очень старых звезд. Вероятно, он возник при слиянии самых крупных протогалактик, дольше всего удерживавших газовые облака. Посреди него оказались нейтронные звезды и крохотные черные дыры – реликты взорвавшихся сверхновых звезд. Они сливались друг с другом, попутно поглощая потоки газа. Может быть, так зародилась огромная черная дыра, пребывающая ныне в центре нашей Галактики.

История Млечного Пути гораздо хаотичней, чем считали раньше. Наша родная Галактика, внушительная даже по космическим меркам, образовалась после череды ударов и слияний – после серии космических катастроф. Следы тех давних событий возможно обнаружить и сегодня.

Так, к примеру, не все звезды Млечного Пути обращаются вокруг галактического центра. Вероятно, за миллиарды лет своего существования наша Галактика «поглотила» немало попутчиков. Возраст каждой десятой звезды в галактическом гало – меньше 10-ти миллиардов лет. К тому времени Млечный Путь уже сформировался. Возможно, это – остатки захваченных некогда карликовых галактик. Группа английских ученых из Астрономического института (Кембридж) во главе с Джерардом Гилмором подсчитала, что Млечный Путь, очевидно, мог поглотить от 40 до 60 карликовых галактик типа Карина.

Кроме этого, Млечный Путь притягивает к себе огромные массы газа. Так, в 1958 г. нидерландские астрономы заметили в гало множество небольших пятен. На поверку они оказались газовыми облаками, которые состояли в основном из атомов водорода и мчались в сторону галактического диска.

Наша Галактика не умерит свой аппетит и впредь. Возможно, она поглотит ближайшие к нам карликовые галактики – Форнакс, Карину и, вероятно, Секстанс, а после сольется с туманностью Андромеды. Вокруг Млечного Пути – этого ненасытного «звездного каннибала» – станет еще пустынней.

Наука

У каждого человека свое представление о том, что же такое дом. Для некоторых это крыша над головой, для других дом - это планета Земля , каменистый шарик, который бороздит космическое пространство по своему замкнутому пути вокруг Солнца.

Какой бы большой не казалась нам наша планета, она - всего лишь песчинка в гигантской звездной системе, размеры которой сложно себе представить. Эта звездная система - галактика Млечный путь, которую также по праву можно назвать нашим родным домом.

Рукава галактики

Млечный путь - спиральная галактика с перемычкой, которая проходит по центру спирали. Примерно две трети всех известных галактик - спиральные, а две трети из них имеют перемычку. То есть Млечный путь входит в список самых распространенных галактик .

Спиральные галактики имеют рукава, которые простираются из центра, как колесные спицы, которые скручиваются по спирали. Наша Солнечная система расположена в центральной части одного из рукавов, который называется рукав Ориона .

Рукав Ориона когда-то считался небольшим "отростком" более крупных рукавов, таких как рукав Персея или рукав Щита-Центавра . Не так давно появилось предположение, что рукав Ориона действительно является ответвлением рукава Персея и не выходит из центра галактики.

Проблема заключается в том, что мы не можем увидеть нашу галактику со стороны. Мы можем наблюдать только те вещи, которые находятся вокруг нас, и судить о том, какую же форму имеет галактика, находясь как бы внутри нее. Однако ученым удалось вычислить, что этот рукав имеет длину примерно 11 тысяч световых лет и толщину 3500 световых лет .

Сверхмассивная черная дыра

Самые маленькие сверхмассивные черные дыры, которые ученым удалось открыть, примерно в 200 тысяч раз тяжелее Солнца. Для сравнения: обычные черные дыры имеют массу всего в 10 раз превышающую массу Солнца. В центре Млечного пути находится невероятно массивная черная дыра, массу которой сложно себе вообразить.

Последние 10 лет астрономы следили за активностью звезд на орбите вокруг звезды Стрелец А , плотном регионе в центре спирали нашей галактики. Основываясь на движении этих звезд, было определено, что в центре Стрельца A*, который скрыт за плотным облаком пыли и газа, находится сверхмассивная черная дыра, масса которой в 4,1 миллионов раз больше массы Солнца!

Анимация, представленная ниже, демонстрирует реальное движение звезд вокруг черной дыры с 1997 по 2011 годы в районе одного кубического парсека в центре нашей галактики. Когда звезды приближаются к черной дыре, они делают петлю вокруг нее на невероятной скорости. Например, одна из этих звезд, S 0-2 движется со скоростью 18 миллионов километров в час: черная дыра вначале притягивает ее, а затем резко отталкивает .

Совсем недавно ученые наблюдали, как облако газа приблизилось к черной дыре и было разорвано на куски ее массивным гравитационным полем. Части этого облака были поглощены дырой, а оставшиеся части стали напоминать длинные тонкие макаронины длиной более 160 миллиардов километров.

Магнитные частицы

Кроме наличия сверхмассивной всепоглощающей черной дыры, центр нашей галактики может похвастаться невероятной активностью : старые звезды умирают, а новые появляются на свет с завидным постоянством.

Не так давно ученые заметили кое-что еще в галактическом центре - поток высокоэнергичных частиц, которые простираются на расстояние 15 тысяч парсек через галактику. Это расстояние равно примерно половине диаметра Млечного пути.

Частицы невидимы невооруженным глазом, однако с помощью магнитного изображения можно заметить, что гейзеры из частиц занимают около двух третей видимой части неба :

Что же стоит за этим феноменом? Один миллион лет звезды появлялись и исчезали, питая никогда не останавливающийся поток , направленный к внешним рукавам галактики. Общий объем энергии гейзера в миллион раз превышает энергию сверхновой.

Частицы движутся с невероятной скоростью. На основе структуры потока частиц астрономы построили модель магнитного поля , которое господствует в нашей галактике.

Новые звезды

Как часто в нашей галактике образуются новые звезды? Этим вопросом исследователи задавались долгие годы. Удалось нанести на карту районы нашей галактики, где присутствует алюминий-26 , изотоп алюминия, который появляется в том месте, где рождаются или умирают звезды. Таким образом, удалось выяснить, что ежегодно в галактике Млечный путь рождается 7 новых звезд и примерно два раза за сто лет крупная звезда взрывается, образуя сверхновую.

Галактика Млечный путь не является производителем самого большого количества звезд. Когда звезда умирает, она выделяет в космос такое сырье, как водород и гелий . Через сотни тысяч лет эти частицы соединяются в молекулярные облака, которые в конечном итоге становятся настолько плотными, что их центр разрушается под их собственной гравитацией, образуя таким образом новую звезду.

Это похоже на своеобразную эко-систему: смерть питает новую жизнь . Частицы какой-то определенной звезды в будущем будут частью миллиарда новых звезд. В нашей галактике дела обстоят именно так, поэтому она эволюционирует. Это ведет к образованию новых условий, при которых повышается вероятность возникновения планет, похожих на Землю.

Планеты галактики Млечный путь

Несмотря на постоянную смерть и рождение новых звезд в нашей галактике, их количество подсчитано: Млечный путь является домом примерно для 100 миллиардов звезд . Основываясь на новых исследованиях, ученые предполагают, что вокруг каждой звезды вращается, по крайней мере, одна планета или более. То есть всего в нашем уголке Вселенной имеется от 100 до 200 миллиардов планет.

Ученые, которые пришли к такому выводу, изучали звезды типа красные карлики спектрального класса М . Эти звезды меньше нашего Солнца. Они составляют 75 процентов из всех звезд Млечного пути. В частности, исследователи обратили внимание на звезду Kepler -32, которая приютила пять планет .

Как астрономы открывают новые планеты?

Планеты, в отличие от звезд, трудно обнаружить, так как они не излучают свой собственный свет. Мы можем с уверенностью сказать, что вокруг звезды имеется планета, только тогда, когда она становится перед своей звездой и заслоняет ее свет.

Планеты звезды Kepler -32 ведут себя точно так же, как экзопланеты, вращающиеся вокруг других карликовых звезд M . Они расположены примерно на одном расстоянии и имеют похожие размеры. То есть система Kepler -32 является типичной системой для нашей галактики .

Если в нашей галактике имеется более 100 миллиардов планет, сколько же из них планет, похожих на Землю ? Оказывается, не так уж и много. Существуют десятки различных типов планет: газовые гиганты, планеты-пульсары, бурые карлики и планеты, на которых с неба падает дождь из расплавленного металла. Те планеты, которые состоят из каменных пород, могут располагаться слишком далеко или слишком близко к звезде, поэтому на Землю они вряд ли похожи.

Результаты последних исследований показали, что в нашей галактике, оказывается, больше планет земного типа, чем предполагалось раннее, а именно: от 11 до 40 миллиардов . Ученые взяли в качестве примера 42 тысячи звезд , похожих на наше Солнце, и стали искать экзопланеты, которые могут вращаться вокруг них в зоне, где не слишком жарко и не слишком холодно. Было обнаружено 603 экзопланеты , средикоторых 10 соответствовали критериям поиска.

Анализируя данные о звездах, ученые доказали существование миллиардов похожих на Землю планет, которые им только предстоит официально открыть. Теоретически эти планеты способны поддерживать температуру для существования на них жидкой воды , которая, в свою очередь, позволит возникнуть жизни.

Столкновение галактик

Даже если в галактике Млечный путь будут постоянно образовываться новые звезды, она не сможет увеличиться в размерах, если не будет получать новый материал откуда-то еще . А Млечный путь действительно расширяется.

Ранее мы не были точно уверены, как именно галактике удается расти, но недавние открытия позволили предположить, что Млечный путь является галактикой-каннибалом , то есть в прошлом она поглощала другие галактики и, вероятно, будет делать это снова, по крайней мере, до тех пор, пока какая-нибудь более крупная галактика не поглотит ее.

Используя космический телескоп "Хаббл" и информацию, полученную благодаря сделанным на протяжении семи лет фото, ученые обнаружили звезды у внешнего края Млечного пути, которые движутся особым образом . Вместо того чтобы двигаться к центру или от центра галактики, как другие звезды, они как бы дрейфуют у края. Предполагается, что это звездноескопление - все, что осталось от другой галактики, которая была поглощена галактикой Млечный путь.

Это столкновение, по-видимому, произошло несколько миллиардов лет назад и, скорее всего, оно не последнее. Учитывая ту скорость, с которой мы движемся, наша галактика через 4,5 миллиарда лет столкнется с галактикой Андромеда.

Влияние галактик спутников

Хотя Млечный путь является спиральной галактикой, он представляет собой не совсем идеальную спираль. В его центре имеется своеобразная выпуклость , которая появилась в результате того, что молекулы газообразного водорода вырываются из плоского диска спирали.

В течение долгих лет астрономы ломали голову над тем, почему у галактики имеется такая выпуклость. Логично предположить, что газ втягивается в сам диск, а не вырывается наружу. Чем дольше они изучали этот вопрос, тем больше запутывались: молекулы выпуклости не только выталкиваются наружу, но и вибрируют на своей собственной частоте .

Что же может вызывать такой эффект? Сегодня ученые считают, что всему виной темная материя и галактики-спутники - Магеллановы Облака . Эти две галактики очень мелкие: вместе взятые они составляют всего 2 процента от общей массы Млечного пути. Этого не достаточно, чтобы иметь на него влияние.

Однако когда темная материя движется через Облака, она создает волны, которые, очевидно, влияют на гравитационное притяжение, усиливая его, а водород под действием этого притяжения улетучивается из центра галактики .

Магеллановы Облакавращаются вокруг Млечного пути. Спиральные рукава Млечного пути под влиянием этих галактик как бы колышутся в том месте, где они проплывают.

Галактики близнецы

Хотя галактику Млечный путь можно назвать уникальной по многим параметрам, она не является большой редкостью. Во Вселенной спиральные галактики преобладают. Учитывая то, что только в поле нашего зрения находятся около 170 миллиардов галактик , можно предположить, что где-то имеются галактики очень похожие на нашу.

А что если где-то существует галактика - точная копия Млечного пути? В 2012 году астрономы обнаружили такую галактику. У нее даже есть два небольших спутника, которые вращаются вокруг нее и точно соответствуют нашим Магеллановым Облакам. Кстати, всего 3 процента спиральных галактик имеют подобных компаньонов, век которых относительно недолог. Магеллановы Облака, скорее всего,растворятся через пару миллиардов лет .

Обнаружить настолько похожую галактику, имеющую спутники, супермассивную черную дыру в центре и такие же размеры - невероятная удача. Эта галактика получила название NGC 1073 и она настолько похожа на Млечный путь, что астрономы изучают ее, чтобы больше узнать о нашей собственной галактике. Например, мы можем увидеть ее со стороны и таким образом лучше представить себе, как выглядит Млечный путь.

Галактический год

На Земле год - это время, за которое Земля успевает сделать полный оборот вокруг Солнца . Каждые 365 дней мы возвращаемся в одну и ту же точку. Наша Солнечная система таким же образом вращается вокруг черной дыры, расположенной в центре галактики. Однако полный оборот она делает за 250 миллионов лет . То есть, с тех пор, как исчезли динозавры, мы сделали всего четверть полного оборота.

В описаниях Солнечной системы редко упоминается о том, что она движется в космическом пространстве, как и все в нашем мире. Относительно центра Млечного пути Солнечная система движется со скоростью 792 тысячи километров в час . Для сравнения: если бы вы двигались с такой же скоростью, то смогли бы совершить кругосветное путешествие за 3 минуты .

Период времени, за который Солнце успевает сделать полный оборот вокруг центра Млечного пути, называется галактический год. Подсчитано, что Солнце пока прожило всего 18 галактических лет.

Солнечная система расположена в Галактике, которую иногда называют Млечный Путь. Астрономы договорились писать «нашу» Галактику с Большой буквы, а другие галактики, вне нашей звёздной системы — с маленькой буквы — галактики.

М31 — Туманность Андромеды

Все звёзды и другие объекты, которые мы видим невооружённым глазом, относятся к нашей Галактике. Исключением является Туманность Андромеды, которая является близкой родственницей и соседкой нашей Галактики. Именно наблюдая эту галактику, Эдвин Хаббл (в честь которого назван космический телескоп) смог «разрешить» её на отдельные звёзды в 1924 году. После чего отпали все сомнения по поводу физической природы этой и других галактик, наблюдаемых в виде размытых пятнышек — туманностей.

Наша Галактика имеет размер порядка 100-120 тысяч световых лет (световой год — расстояние, которое проходит свет за один земной год, примерно 9 460 730 472 580 км). Наша Солнечная система находится примерно в 27 000 световых годах от центра Галактики, в одном из спиральных рукавов, который называется «рукав Ориона». С середины 80-х годов XX века известно, что наша Галактика имеет перемычку в центре между спиральными рукавами. Как и другие звёзды, Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 240 км/с (у других звёзд другая скорость). За период порядка 200 млн. лет Солнце и планеты солнечной системы совершают полный оборот вокруг центра галактики. Этим объясняются некоторые феномены в геологической истории Земли, которая за время своего существования успела 30 раз обернуться вокруг центра Галактики.

Наша Галактика имеет форму сплющенного диска, если смотреть на неё сбоку. Однако, этот диск имеет неправильную форму. Два спутника нашей Галактики, Большое и Малое Магеллановы облака (в северном полушарии Земли не видны) действием своей гравитации искажают форму нашей Галактики.

Мы видим нашу Галактику изнутри, как если бы мы наблюдали детскую карусель, находясь на одной из карусельных лошадок. Те звёзды Галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в виде полосы неодинаковой ширины, которую мы называем Млечный путь. То, что Млечный Путь, известный ещё с древности, состоит из множества слабых звёзд, открыл в 1610 году Галилео Галилей, наведя свой телескоп на ночное небо.

Астрономы полагают, что наша Галактика имеет гало, которое мы не видим («тёмная материя»), но, которое включает в себя 90% массы нашей Галактики. Существование «тёмной материи» не только в нашей Галактике, но и во Вселенной следует из теорий, которые используют Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако, ещё не факт, что ОТО верна (есть и другие теории гравитации), поэтому у Галактического гало может быть и другое объяснение.

В нашей Галактике находится от 200 до 400 миллиардов звёзд. Это не много по меркам Вселенной. Есть галактики, содержащие триллионы звёзд, например, в галактике IC 1101 их примерно 300 триллионов.

10-15 % массы нашей Галактики составляет пыль и рассеянный межзвёздный газ (в основном, водород). Из-за пыли мы видим нашу Галактику на ночном небе, как Млечный Путь в виде светлой полосы. Если бы пыль не поглощала свет от других звёзд Галактики, мы бы видели яркое кольцо из миллиардов звёзд, особенно яркое в созвездии Стрельца, где находится центр Галактики. Однако, в других диапазонах электромагнитных волн ядро Галактики видно прекрасно, например, в радиодиапазоне (источник Стрелец А), инфракрасном и рентгеновском.

По предположениям учёных (опять же, связанных с ОТО) в центре нашей Галактики (и большинства других галактик) находится «чёрная дыра». Считается, что её масса примерно 40 000 масс Солнца. Движение вещества Галактики к её центру и создаёт то мощнейшее излучение из центра Галактики, которое наблюдают астрономы в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Мы не можем видеть Галактику сверху или сбоку, поскольку находимся внутри неё. Все изображения нашей Галактики со стороны — фантазия художников. Однако, мы достаточно хорошо представляем вид и форму Галактики, поскольку можем наблюдать другие спиральные галактики во Вселенной, похожие на нашу.

Возраст Галактики составляет примерно 13,6 миллиардов лет, что не намного меньше возраста всей Вселенной (13,7 млрд. лет) по оценкам учёных. Самые старые звёзды галактики находятся в шаровых скоплениях, именно по их возрасту вычисляют возраст Галактики.

Наша Галактика является частью более крупного объединения других галактик, называемого нами Местная группа галактик, куда входят спутники Галактики Большое и Малое Магеллановы облака, Туманность Андромеды (М 31, NGC 224), галактика в Треугольнике (М33, NGC598) и ещё примерно 50 других галактик. В свою очередь Местная группа галактик входит в Сверхскопление Девы, которое имеет размер 150 миллионов световых лет.

Солнечная система погружена в огромную звездную систему - Галактику, насчитывающую сотни миллиардов звезд самой разной светимости и цвета (Звезды в разделе: "Жизнь звезд"). Свойства разных типов звезд Галактики астрономам достаточно хорошо известны. Нашими соседями являются не просто типичные звезды и другие небесные объекты, а скорее представители наиболее многочисленных "племен" Галактики. В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звезды, за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. Большинство среди них составляют очень слабые красные карлики - их массы в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звезды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Многие наши соседи (72%) группируются в кратные системы, где компоненты связаны друг с другом силами гравитации. Какая же из сотни близких звезд может претендовать на титул ближайшей соседки Солнца? Сейчас ею считается компонент известной тройной системы Альфа Центавра - слабый красный карлик Проксима. Расстояние до проксимы 1,31 пк, свет от нее идет до нас 4,2 года. Статистика околосолнечного населения дает представление об эволюции галактического диска и Галактики в целом. Например, распределение по светимости звезд солнечного типа показывает, что возраст диска 10-13 млрд. лет.

В XVII столетии, после изобретения телескопа, ученые впервые осознали, насколько велико количество звезд в космическом пространстве. В 1755 г. немецкий философ и естествоиспытатель Иммануил Кант предположил, что звезды образуют в космосе группы, подобно тому как планеты составляют Солнечную систему. Эти группы он назвал "звездными островами". По мнению Канта, одним из таких бесчисленных островов является Млечный Путь - грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово "галактикос" означает "молочный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками.

Размеры и строение нашей Галактики

Основываясь на результатах своих подсчетов, Гершель предпринял попытку определить размеры и образует своего рода толстый диск: в плоскости Млечного Пути она простирается на расстояние не более 850 единиц, а в перепендикулярном направлении - на 200 единиц, если принять за единицу расстояние до Сириуса. По современной шкале расстояний это соответствует 7300Х1700 световых лет. Эта оценка в целом верно отражает структуру Млечного Пути, хотя она весьма неточна. Дело в том, что кроме звезд в состав диска Галактики входят также многочисленные газопылевые облака, которые ослабляют свет удаленных звезд. Первые исследователи Галактики не знали об этом поглощающем веществе и считали, что они видят все ее звезды.

Истинные размеры Галактики были установлены только в XX в. Оказалось, что она является значительно более плоским образованием, чем предполагали ранее. Диаметр галактического диска превышает 100 тыс. световых лет, а толщина - около 1000 световых лет. Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Галактики, заполненной поглощающей материей, очень многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их можно изучать на примере других галактик, сходных с шашей. Так, в 40-е гг. XX столетия, наблюдая галактику M 31, больше известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде заметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разреженное звездной облако сферической формы - гало. Поскольку туманность очень похожа на нашу Галактику, он предположил, что подобная структура имеется и у Млечного Пути. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало - населением II типа.

Как показывают современные исследования, два вида звездного населения отличаются не только пространственным положением, но и характером движения, а также химическим составом. Эти особенности связаны в первую очередь с различным происхождением диска и сферической составляющей.

Строение Галактики: Гало

Границы нашей Галактики определяются размерами гало. Радиус гало значительно больше размеров диска и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска. Состоит гало в основном из очень старых, неярких маломассивных звезд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут включать в себя более миллиона звезд. Возраст населения сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд. лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики. Характерной особенностью звезд гало является чрезвычайно малая доля в них тяжелых химических элементов. Звезды, образующие шаровые скопления, содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.

Звезды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется "балдж" ("утолщение"). Звезды и звездные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Из-за того что вращение отдельных звезд происходит почти беспорядочно, гало в целом вращается очень медленно.

Строение Галактики: Диск

По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость его вращения не одинакова на различных расстояниях от центра. Она быстро возрастает от нуля в центре до 200-240 км/с на расстоянии 2 тыс. световых лет от него, затем несколько уменьшается, снова возрастает примерно до того же значения и далее остается почти постоянной. Изучение особенностей вращения диска позволило оценить его массу. Оказалось, что она в 150 млрд. раз больше массы Солнца. Население диска очень сильно отличается отнаселения гало. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звезд.

Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он расположен неравномерно, образуя многочисленные газовые облака - гигантских неоднородных по структуре сверхоблаков протяженностью несколько тысяч световых лет до маленьких облачков размерами не больше парсека. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Приблизительно на 1/4 она состоит из гелия. По сравнению с этими двумя элементами остальные присутствуют в очень небольших количествах. В среднем химический состав звезд и газа в диске почти такой же, как у Солнца.

Строение Галактики: Ядро

Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро, расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Поэтому его начали изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которое поглощается в меньшей степени. Для центральных областей Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимые с Луной, и многие тысячи более ярких, чем самые яркие звезды нашего неба.

Помимо большого колличества звезд в центральной области Галактики наблюдается околоядерный газовый диск, состоящий преимущественно из молекулярнго водорода. Его радиус превышает 1000 световых лет. Ближе к центру отмечаются области ионизованного водорода и многочисленные источники инфракрасного излучения, свидетельствующие о происходящем там звездообразовании. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта - черной дыры массой около миллиона масс Солнца. В центре находится также яркий радиоисточник Стрелец А, происхождение которого связывают с активностью ядра.

Млечный Путь (МП) – это огромная гравитационно связанная система, содержащая не менее 200 миллиардов звезд, тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей. Относится к классу спиральных галактик с перемычкой. МП сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку».

Млечный Путь с Галактикой Андромеды (М31), Галактикой Треугольника (М33), и более 40 карликовыми галактиками-спутниками – своими и Андромеды – все вместе образуют Местную Группу галактик, которая входит в Местное Сверхскопление (Сверхскопление Девы).

Наша Галактика имеет следующую структуру: ядро, состоящее из миллиардов звезд, с черной дырой в центре; диск из звезд, газа и пыли диаметром 100 000 световых лет и толщиной 1000 световых лет, в срединной части диска балдж толщиной 3000 св. лет; рукава; сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд, пыль и газ.

Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержится многие тысячи. Расстояния между звездами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца.

Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру угловая скорость вращения звезд вокруг центра Галактики растет.

В плоскости Галактики, помимо повышенной концентрации звезд, наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа. Между центром Галактики и спиральными рукавами (ветвями) находится газовое кольцо – смесь газа и пыли, сильно излучающей в радио- и инфракрасном диапазоне. Ширина этого кольца около 6 тысяч световых лет. Расположено оно в зоне между 10 000 и 16 000 световых лет от центра. Газовое кольцо содержит миллиарды солнечных масс газа и пыли и является местом активного звездообразования.

У Галактики есть корона, которая содержит шаровые скопления и карликовые галактики (Большое и Малое Магеллановы облака и другие скопления). В галактической короне также имеются звезды и группы звезд. Некоторые из этих групп взаимодействуют с шаровыми скоплениями и карликовыми галактиками.

Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а находятся под углом друг к другу, и планетная система Солнца совершает оборот вокруг центра Галактики примерно за 180–220 миллионов земных лет – столько длится для нас один галактический год.

В окрестностях Солнца удается отследить участки двух спиральных рукавов, которые удалены от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где наблюдаются эти участки, им дали название рукав Стрельца и рукав Персея. Солнце расположено почти посередине между этими спиральными ветвями. Но сравнительно близко от нас (по галактическим меркам), в созвездии Ориона, проходит ещё один, не очень четко выраженный рукав – рукав Ориона, который считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звезд происходит с другой закономерностью, поэтому почти все звездное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают – это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.

Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла родиться и сохраниться жизнь.

Анализ вращения Галактики показал, что в ней есть большие массы несветящегося (неизлучающего) вещества, названного "скрытой массой", или "темным гало". Масса Галактики с учетом этой скрытой массы оценивается примерно в 10 триллионов масс Солнца. По одной из гипотез, часть скрытой массы может заключаться в коричневых карликах, в планетах газовых гигантах, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, и в плотных и холодных молекулярных облаках, которые имеют низкую температуру и недоступны для обычных наблюдений. Кроме того, в нашей и других галактиках есть множество тел размерами с планеты, которые не входят ни в одну из околозвездных систем и потому в телескопы не видны. Часть скрытой массы галактик может принадлежать «погасшим» звездам. По другой гипотезе, галактическое пространство (вакуум) также вносит свой вклад в количество темной материи. Скрытая масса есть не только в нашей Галактике, она есть во всех галактиках.

Проблема темного вещества в астрофизике возникла тогда, когда выяснилось, что вращение галактик (включая наш собственный Млечный путь) невозможно корректно описать, если учитывать лишь содержащуюся в них обычную видимую (светящуюся) материю. Все звезды Галактики в таком случае должны были бы разлететься и рассеяться в просторах Вселенной. Для того чтобы этого не произошло (а этого и не происходит), необходимо присутствие дополнительной невидимой материи, имеющей большую массу. Действие этой невидимой массы проявляется исключительно при гравитационном взаимодействии с видимой материей. При этом количество невидимой материи должно примерно в шесть раз превышать количество видимой (информация об этом опубликована в научном журнале Astrophysical Journal Letters). Природа темного вещества, как и темной энергии, наличие которых предполагается в наблюдаемой Вселенной, остается пока не ясной.