Галактика млечный путь и её структура

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. 

Что такое галактика

Галактика часто воображается нами такой, какой традиционно показывается в энциклопедиях и документальных фильмах — громадной спиралью из голубоватого дыма, в котором прячутся гроздья звезд, посередине которой ярко светит ядро. Однако такой «звездный остров» — всего лишь одна разновидность правильных структур. Ведь бывают и неправильные галактики, лишенные выраженных ядер и рукавов — они бултыхаются в космическом пространстве подобно яйцу, разбитому в невесомости. Издали они мало чем отличаются от хаотичных туманностей: разница состоит в размерах и концентрации звезд.

Галактика Андромеды — ближайшая к нам крупная галактика

Итак, что нужно, чтобы назвать объект галактикой?

• Во-первых, это наличие в ней звезд и звездных скоплений — они составляют львиную долю видимой нам материи галактики. Но только видимой: большую часть массы любой галактики составляют прослойки газа и пыли, молекулярные облака и темная материя.
• Во-вторых, все это богатство должно быть связано в гравитационной системе и вращаться вокруг общего центра масс. Обычно им выступает галактический центр, о котором речь пойдет дальше — но его отсутствие не препятствие.
• Кроме внутреннего гравитационного взаимодействия, галактики взаимодействуют между собой. Меньшие «звездные острова» вращаются вокруг больших — а те выстраивают связи с другими гигантами, включаясь в крупномасштабную структуру Вселенной. Но в отличие от планет и их спутников, галактики славятся «хищными» нравами. Наш Млечный путь близок к тому, чтобы через пару миллиардов лет поглотить своих спутников, Большое и Малое Магеллановы Облака — а после этого его «слопает» галактика Андромеды.

Большое Магелланово облако — галактика-спутник Млечного пути

Видной характеристикой галактики является размер — как и содержание звезд, так и размах. Однако тут как раз точности и нет. Существуют галактики, которые в радиусе сотни–второй световых лет вмещают сотни миллионов звезд. Но бывают и другие, в которых на ту же сотню световых лет рассыпаны считаные тысячи звезд. Поэтому единственный четкий критерий тут — это гравитационная отделенность от близлежащих «островов» и наличие собственного центра массы. Так, во Вселенной одновременно существуют галактики с несколькими тысячами светил, и с сотнями триллионов звезд.

Как видите, нет четких рамок или определения для понятия что такое галактика. Поэтому они такие разнообразные, часто совсем невообразимые. Это и сверхяркие мощные квазары, и Великий Аттрактор, и громадные звездные поля протяженностью в миллионы световых лет. Но даже у самых обычных галактик есть чем удивить. Об этом дальше.

Виды и классификация

Галактика не имеет чётких границ, поэтому точно понять, где они заканчиваются, и начинается межгалактическое пространство невозможно. В самой космической системе имеются планеты, туманности, звёзды, звёздные скопления. Но они есть и вокруг систем. Учёные различают следующие формы космических систем:

1. Эллиптическая.
   Эллиптический звёздный остров относятся к первому классу. Его особенностью является отсутствие рукавов, диска, центрального ядра. По большому счёту он является балджем огромного размера, состоящим из галактической сферы неправильной (вытянутой) или идеально круглой, шарообразной формы. Звёздный состав эллиптических систем включает старых красных гигантов или красных, жёлтых карликов. Массивных, активных светил в них нет или они крайне редки. В список галактик эллипсоидной формы входит М87, расположенная на расстоянии в 53,5 млн световых лет от Земли.
2. Линзовидная.
   Является промежуточным звеном между спиральными и эллиптическими звёздными островами. У астрономов существует версия, что линзовидная галактика образовалась из спиральной, у которой слились рукава, а потенциал звездообразования закончился. У неё имеется массивное ядро, распластанные газовый и звёздный диски. Внешне напоминает двояковыпуклую линзу из-за контраста плоских дисков и объёмного, выступающего балджа. Состоит из старых звёзд, чёрных дыр, маленьких зрелых светил остатков сверхновых звёзд, галактической пыли. Одна из подобных космических систем под названием Веретено располагается от Земли на расстоянии в 45 млн световых лет.
3. С перемычкой.
   Система округлой формы, которую посередине пересекает яркая перемычка, состоящая из звёзд и межзвёздного газа. Рукава идут от краёв этой перемычки (бара). Галактика с перемычкой очень схожа со спиральной. Основное их отличие в том, что спирали начинаются от бара, а не от ядра. Примером является NGC 1300, расположенная в 60 млн световых лет от нашей планеты.
4. Спиральная.
   В классическом варианте спиральная галактика – это активно вращающийся звёздный остров в виде эллипса, в котором от балджа отходят рукава в виде закрученных спиралей. У большинства таких космических объектов есть перемычки. В рукавах активно образуются молодые звёзды из-за большого содержания там свободной видимой материи. Список галактик в виде спирали обширен. Такие системы составляют 55% от всего количества звёздных островов во Вселенной.
   Интересным фактом является то, что у них немного рукавов. Спираль закручивается не очень туго, звёзды свободно перемещаются из одной её части в другую. Почему рукава не закручиваются больше ещё не известно. Одной из версий является то, что спираль закручивается под влиянием волн плотности, сжимающие пылевые и газовые облака, попадающие в галактические рукава. В результате активируется образование звёзд, в основном массивных и ярких, жизненный срок которых составляет несколько миллионов лет. При этом они находятся практически всегда в фиксированном положении, что обеспечивает стабильность спиралей.
   Но эта гипотеза так и остаётся предположением без доказательств, потому что длительное изучение развития галактических систем невозможно из-за их сложной структуры. Самая известная галактика, относящаяся к этому типу – Млечный Путь.
5. Неправильная.
   Очень редкая разновидность звёздных островков. Состоит из газа, пыли, звёздных скоплений, но в них отсутствуют основные структурные элементы, такие как балдж, рукава. По структуре и внешнему виду неправильная галактика похожа на рваные облака. Такой формой она часто обязана воздействию гравитационных полей. Но иногда приобретает рваный вид сама по себе.
   Интересными, с точки зрения, астрономии является карликовая неправильная галактика. Она наполнена газом – необходимым элементом для образования новых звёзд. В ней мало металлов и они очень компактные по размеру. Всё это в совокупности создаёт оптимальные условия для зарождения ярких, огромных звёзд, которые очень быстро гаснут. К неправильной системе относится NGC 4449, располагающаяся 12 млн световых лет от Земли.

Бар (перемычка) проходит от внутренних концов спиральных ветвей (голубые) к центру галактики. NGC 1300.

Планета Земля входит в Млечный Путь, это спиральная галактика с перемычкой. Включает более 150 млрд звёзд, световой луч с одной стороны Млечного Пути до другого проходит за сотню тысяч лет. Солнечная система располагается на краю нашей галактики. Расстояние от Солнца до ядра Млечного Пути составляет 30 000 световых лет.

Структура Галактики

Если внимательно посмотреть на карту космоса, можно увидеть, что Млечный Путь очень сжат в плоскости и по виду напоминает «летающую тарелку» (Солнечная система расположена почти у самого края звёздной системы). Состоит Галактика Млечный Путь из ядра, перемычки, диска, спиральных рукавов и короны.

Ядро

Ядро находится в созвездии Стрельца, где расположен источник нетеплового излучения, температура которого составляет около десяти миллионов градусов – явление, характерное только для ядер Галактик. В центре ядра находится уплотнение – балдж, состоящий из большого числа движущихся по вытянутой орбите старых звёзд, многие из которых пребывают в конце своего жизненного цикла.

В самом центре ядра находится сверхмассивная чёрная дыра (участок в космическом пространстве, имеющий такую мощную гравитацию, что покинуть его неспособен даже свет), вокруг которой вращается чёрная дыра меньших размеров. Вместе они оказывают такое сильное гравитационное влияние на находящиеся недалеко от них звёзды и созвездия, что те движутся по необычным для небесных тел траекториям во Вселенной.

Также для центра Млечного Пути характерна чрезвычайно сильная концентрация звёзд, расстояние между которыми в несколько сотен раз меньше, чем на периферии. Скорость движения большинства из них абсолютно не зависит от того, как далеко они находятся от ядра, а потому средняя скорость вращения колеблется от 210 до 250 км/с.

Перемычка

Перемычка размером в 27 тыс. световых лет пересекает центральную часть Галактики под углом в 44 градуса к условной линии между Солнцем и ядром Млечного Пути. Состоит она в основном из старых красных звёзд (около 22 млн.), и окружена газовым кольцом, в котором содержится большая часть молекулярного водорода, а потому является районом, где образуются звёзды в наибольшем количестве. Согласно одной из теорий, в перемычке происходит такое активное звездообразование из-за того, что она пропускает через себя газ, из которого рождаются созвездия.

Диск

Млечный путь являет собой диск, состоящий из созвездий, газовых туманностей и пыли (размеры его диаметра составляют около 100 тыс. световых лет при толщине в несколько тысяч). Вращается диск значительно быстрее короны, что расположена по краям Галактики, при этом скорость вращения на разных расстояниях от ядра неодинакова и хаотична (колеблется от нуля в ядре до 250 км/ч на расстоянии в 2 тыс. световых лет от него). Возле плоскости диска сконцентрированы газовые облака, а также молодые звёзды и созвездия.

С внешней стороны Млечного пути находятся слоя атомарного водорода, который уходит в космос на полторы тысячи световых лет от крайних спиралей. Несмотря на то, что этот водород в десять раз толще, чем в центре Галактики, плотность его во столько же раз ниже. На окраине Млечного пути были обнаружены плотные скопления газа с температурой в 10 тыс. градусов, размеры которых превышают несколько тысяч световых лет.

Спиральные рукава

Сразу за газовым кольцом расположено пять главных спиральных рукавов Галактики, размер которых составляет от 3 до 4,5 тыс. парсек: Лебедя, Персея, Ориона, Стрельца и Центавра (Солнце находится с внутренней стороны рукава Ориона). Молекулярный газ находится в рукавах неравномерно и далеко не всегда подчиняется правилам вращения Галактики, внося погрешности.

Корона

Корона Млечного Пути представлена в виде сферического гало, которое выходит за пределы Галактики в космос на пять-десять световых лет. Состоит корона из шаровых скоплений, созвездий, отдельных звёзд (в основном – старых и маломассивных), карликовых галактик, горячего газа. Все они движутся вокруг ядра по вытянутым орбитам, при этом вращение некоторых звёзд до того беспорядочно, что даже скорость рядом расположенных светил может значительно отличаться, поэтому вращается корона чрезвычайно медленно.

По одной из гипотез, возникла корона в результате поглощения Млечным путём более мелких галактик, а потому является их остатками. По предварительным данным, возраст гало превышает двенадцать миллиардов лет и оно является ровесницей Млечного Пути, а потому звездообразование здесь уже завершилось.

Соседние галактики

Галактики вокруг Млечного пути находятся на колоссальном расстоянии. Заметить их невооружённым глазом сложно или невозможно. К примеру, галактика Андромеды выглядит всего лишь как маленькое размытое пятно, не отличимое от звезды.

Помимо уже упомянутой Андромеды известны и такие галактики, как Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако. Эти карликовые галактики являются спутниками Млечного пути и удалены от него на 170 и 200 тысяч световых лет соответственно. Астрофизики обнаружили, что вокруг нашей галактики есть и более близкие галактики-спутники, но они так малы, что их нельзя увидеть без специального оборудования.

monk

20

Основатель и руководитель проекта XC-Life. Давно увлекаюсь космической фантастикой и космическими играми. Если вам также интересен космос и космическая фантастика, приглашаю присоединиться к нашему сообществу.

Комментарии: 51Публикации: 262Регистрация: 27-04-2018

Рождение галактик

Галактики появились на свет вскоре после звезд. Считается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва.

В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.

Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам.

Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности.

Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать.

Таким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения.

Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.

«Многие детали галактогенеза еще скрыты в тумане, — говорит Джон Корменди. — В частности, это относится к роли черных дыр. Их массы варьируют от десятков тысяч масс Солнца до абсолютного на сегодняшний день рекорда в 6,6 млрд солнечных масс, принадлежащего черной дыре из ядра эллиптической галактики М87, расположенной в 53,5 млн световых лет от Солнца.

Дыры в центрах эллиптических галактик, как правило, окружены балджами, составленными из старых звезд. Спиральные галактики могут вовсе не иметь балджей или же обладать их плоскими подобиями, псевдобалджами. Масса черной дыры обычно на три порядка меньше массы балджа — естественно, если оный наличествует. Эта закономерность подтверждается наблюдениями, охватывающими дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных масс».

Как полагает профессор Корменди, галактические черные дыры набирают массу двумя путями. Дыра, окруженная полноценным балджем, растет за счет поглощения газа, который приходит к балджу из внешней зоны галактики. Во время слияния галактик интенсивность поступления этого газа резко возрастает, что инициирует вспышки квазаров.

В результате балджи и дыры эволюционируют параллельно, что и объясняет корреляцию между их массами (правда, могут работать и другие, еще неизвестные механизмы).

Исследователи из Питтсбургского университета, Калифорнийского университета в Ирвине и Атлантического университета Флориды смоделировали ситуацию столкновения Млечного пути и предшественницы карликовой эллиптической галактики в Стрельце (Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy, SagDEG).

Они проанализировали два варианта столкновений — с легкой (3х1010 масс Солнца) и тяжелой (1011 масс Солнца) SagDEG. На рисунке показаны результаты 2,7 млрд лет эволюции Млечного пути без взаимодействия с карликовой галактикой и с взаимодействием с легким и тяжелым вариантом SagDEG.

Иное дело безбалджевые галактики и галактики с псевдобалджами. Массы их дыр обычно не превышают 104−106 солнечных масс. По мнению профессора Корменди, они подкармливаются газом за счет случайных процессов, которые происходят недалеко от дыры, а не простираются на целую галактику. Такая дыра растет вне зависимости от эволюции галактики или ее псевдобалджа, чем и обусловлено отсутствие корреляции между их массами.

Млечный путь

Солнце обращается вокруг центра вполне рядовой спиральной галактики, в состав которой входят 200−400 миллиардов звезд. Ее диаметр приблизительно равен 28 килопарсекам (чуть больше 90 световых лет). Радиус солнечной внутригалактической орбиты — 8,5 килопарсек (так что наше светило смещено к внешнему краю галактического диска), время полного оборота вокруг центра Галактики — примерно 250 миллионов лет.

Балдж Млечного Пути имеет эллипсовидную форму и наделен баром, который обнаружили совсем недавно. В центре балджа находится компактное ядро, заполненное звездами различного возраста — от нескольких миллионов лет до миллиарда и старше. Внутри ядра за плотными пылевыми облаками скрывается достаточно скромная по галактическим стандартам черная дыра — всего лишь 3,7 миллиона солнечных масс.

Наша Галактика может похвастаться двойным звездным диском. На долю внутреннего диска, который имеет по вертикали не более 500 парсек, приходится 95% звезд дисковой зоны, в том числе все молодые яркие звезды. Его охватывает внешний диск толщиной в полторы тысячи парсек, где обитают звезды постарше. Газовый (точнее, газо-пылевой) диск Млечного Пути имеет в толщину не менее 3,5 килопарсек. Четыре спиральных рукава диска представляют собой области повышенной плотности газо-пылевой среды и содержат большинство самых массивных звезд.

Диаметр гало Млечного Пути не менее, чем вдвое больше диаметра диска. Там обнаружено порядка 150 глобулярных кластеров, причем, скорее всего, еще с полсотни пока не открыты. Возраст старейших кластеров превышает 13 миллиардов лет. Гало заполнено темной материей, имеющей комковатую структуру.

До недавнего времени полагали, что гало почти шарообразно, однако, по последним данным, оно может быть значительно приплюснуто. Общая масса Галактики может составлять до 3 триллионов солнечных масс, причем на долю темной материи приходится 90−95%. Масса звезд Млечного Пути оценивается в 90−100 миллиардов масс Солнца.

Эллиптическая галактика, как и следует из ее названия, имеет форму эллипсоида. Она не вращается как целое и потому не обладает осевой симметрией. Ее звезды, которые в основном имеют сравнительно небольшую массу и солидный возраст, обращаются вокруг галактического центра в разных плоскостях и иногда не по отдельности, а сильно вытянутыми цепочками.

Новые светила в эллиптических галактиках загораются редко в связи с дефицитом исходного сырья — молекулярного водорода.

Подобно людям, галактики объединяются в группы. Наша Местная группа включает две самые крупные галактики в окрестностях размером порядка 3 мегапарсек — Млечный путь и Андромеду (M31), галактику Треугольника, а также их спутники — Большое и Малое Магеллановы облака, карликовые галактики в Большом Псе, Пегасе, Киле, Секстанте, Фениксе, и еще множество других — всего числом около полусотни. Местная группа в свою очередь является членом местного сверхскопления Девы.

Как самые крупные, так и самые мелкие галактики относятся к эллиптическому типу. Общая доля его представителей в галактическом населении Вселенной всего около 20%. Эти галактики (возможно, за исключением самых мелких и тусклых) также скрывают в своих центральных зонах сверхмассивные черные дыры. Эллиптические галактики имеют и гало, но не столь четкие, как у дисковидных.

Все прочие галактики считаются иррегулярными. Они содержат много пыли и газа и активно порождают молодые звезды. На умеренных расстояниях от Млечного Пути таких галактик немного, всего-то 3%.

Однако среди объектов с большим красным смещением, чей свет был испущен не позже, чем через 3 млрд лет после Большого взрыва, их доля резко возрастает. Судя по всему, все звездные системы первого поколения были невелики и обладали неправильными очертаниями, а крупные дисковидные и эллиптические галактики возникли гораздо позже.

Местная Группа — часть космической паутины

Ближайшее скопление галактик к Местной Группе — это скопление Девы, которое находится от нас на расстоянии около 55 миллионов световых лет. В скоплении Девы насчитывается более 2,000 «островных вселенных». Сравните это с Местной Группой, в которую, согласно подтвержденным данным, входит около 50 галактик, а по неподтвержденным — еще 30. При этом, размер большинства галактик Местной Группы не сопоставим с размером Млечного Пути и Галактики Андромеды. Однако и это еще не все — Местная Группа — лишь малая, периферийная часть сверхскопления галактик, которое в общей сложности насчитывает больше тысячи самых разных галактик. Вместе эти сверхскопления образуют гигантскую но далеко не единственную субструктуру Вселенной. Чувствуете себя маленькими?

Перед вами часть галактик Местной Группы

Как пишет издание Astronomy, большинство галактик, составляющих космическую паутину — сеть сверхскоплений галактик — существуют в небольших группах, которые разбросаны по всему космосу. Исследователи полагают, что галактики Местной Группы возникли более 13 миллиардов лет назад, когда первые скопления вещества разрослись в протогалактики. Спустя миллиард лет после Большого Взрыва, когда сформировались звезды, Местная Группа растянулась на 600 000 световых лет. Дело в том, что будучи близко друг к другу, галактики в то время объединялись чаще. Не исключено, что подобные слияния могли создать Млечный Путь из 100 или более протогалактик.

Спутники Млечного Пути — Большое и Малое Магеллановы Облака — находятся от нас на расстоянии 163 тысяч световых лет. Это карликовые галактики, которые Млечный Путь поглотит в будущем. В этом нет ничего удивительного, так как наша галактика прямо сейчас уничтожает и пожирает сфероидальную карликовую галактику Стрельца. Кроме того, примерно через 4 миллиарда лет Галактика Андромеды и Млечный Путь столкнутся в результате образовав новую, большую галактику, которая в конечном итоге станет гигантской эллиптической галактикой.

Большое и Малое Магеллановы Облака

Учитывая тот факт, что наблюдения астрономов ограничены наблюдаемой Вселенной, изучение галактик Местной Группы и ближайшего к ней скопления Девы позволяет ученым увидеть микромир — своего рода лабораторию или мини Вселенную. Вещество, которое астрономы называют темной материей, составляет 26% от всего вещества во Вселенной, но пока никто не знает, что она из себя представляет. Используя технику, называемую гравитационным линзированием, астрономы изучили ореол Млечного Пути и исключили нескольких предполагаемых кандидатов. Точно так же ученые используют ближайшие галактики, чтобы изучить, где образуются черные дыры. Так или иначе, эволюция галактик и процесс звездообразования, позволяет ученым узнать больше не только о нашей собственной галактике, но и обо всей Вселенной.