Млечный Путь

Млечный путь

Млечный Путь — спиральная галактика, в которой расположена Солнечная система. Имеет линзовидную форму, Солнце находится близко к галактической плоскости галактики. Диаметр галактики 100 000—120 000 световых лет, она содержит около 100—400 миллиардов звёзд. Солнечная система расположена примерно в 27 000 световых лет от центра галактики, на внутреннем краю спирального образования из концентрированного газа и пыли, называемого рукавом Ориона. В самом центре галактики находится интенсивный радиоисточник под названием Стрелец А*, который, скорее всего, является сверхмассивной чёрной дырой. Возраст самой старой известной звезды в Галактике составляет не менее 13,2 миллиарда лет. Млечный Путь, окруженный несколькими меньшими галактиками-спутниками, является частью скопления галактик, называемого Местной группой, которое, в свою очередь, является частью сверхскопления Девы.

Для земного наблюдателя звезды галактики сливаются в яркую молочную полосу на небе, отсюда и название Млечный путь. В сравнении с другими спиральными галактиками Млечный Путь имеет довольно большую массу и высокую светимость.

Физические характеристики

Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет (30 килопарсеков или 9x10¹⁷ км), а его центральный диск из старых звёзд имеет диаметр примерно десять тысяч световых лет (9x101¹⁵ км). Толщина галактики составляет около 1000 световых лет (0,3 кпк). Для сравнения, если бы диаметр Млечного Пути составлял сто метров, то диаметр Солнечной системы был бы около одного миллиметра. Оценки массы галактики различаются в зависимости от используемого метода и данных. Масса оценивается между 4x10¹¹ и 4x10¹² массами Солнца (M_⊙). Измерения 2010 года дали оценку массы 7×10¹¹ M_⊙, что сравнимо с массой галактики Андромеды. Только 10 % материи Млечного Пути находится в форме звёздной материи, а остальные 90 % состоят из тёмной материи. По оценкам, она содержит от 100 до 400 миллиардов звёзд, точное число зависит от количества маломассивных звёзд. За звёздным диском простирается гораздо более плотный газовый диск. Недавние наблюдения показывают, что газовый диск Млечного Пути имеет толщину около 12 000 световых лет. Гало Галактики простирается наружу, но ограничено орбитами двух спутников Млечного Пути, Большого и Малого Магеллановых Облаков.

Науке точно неизвестно, когда сформировался Млечный Путь, но возраст самой старой обнаруженной звезды в Галактике составляет около 13,2 миллиарда лет, что примерно соответствует возрасту Вселенной. Команда исследователей пришедших к такому выводу использовала УФ-видимый спектрограф на большом телескопе, чтобы впервые измерить содержание бериллия в двух звёздах шарового скопления NGC 6397. Это позволило им сделать вывод, что время, прошедшее между появлением звёзд первого поколения в Галактике и появлением звёзд первого поколения в звёздном скоплении, составляло от двух до трехсот миллионов лет. Включая приблизительный возраст звёзд в скоплении (13,4 ± 0,8 миллиарда лет), они рассчитали приблизительный возраст самых старых звёзд Млечного Пути в 13,6 ± 0,8 миллиарда лет. Основываясь на этой новой технологии, получается, что диск Млечного Пути сформировался между 6,5 и 10,1 миллиардами лет назад.

Согласно теории относительности, нельзя говорить об абсолютной скорости любого космического объекта, так как не существует единой инерциальной системы отсчета, по которой можно было бы определить движение Галактики (каждое движение должно быть относительно другого объекта). Многие астрономы считают, что Млечный Путь движется со скоростью около 600 км/с относительно ближайших галактик. Оценки скорости колеблются в широких пределах — от 130 км/с до 1000 км/с. Если Галактика движется со скоростью 600 км/с, это означает, что Земля проходит 51,84 миллиона километров в день или более 18,9 миллиарда километров в год. Это расстояние примерно в 4,6 раза больше, чем расстояние между Землей и Плутоном. Галактика движется к созвездию Гидры и, вероятно, станет частью галактического сверхскопления Девы. По сравнению с реликтовым излучением, движение Галактики имеет другую скорость: 552 км/с.

Строение

Классификация

Наблюдения телескопа Спитцер в 2005 году подтвердили доказательства того, что Млечный Путь представляет собой спиральную галактику с перемычкой. Она состоит из стержнеобразной области вокруг ядра, окруженной диском из газа, звёздной пыли и звёзд. В области диска имеется несколько структур рукавов, имеющих форму направленной наружу логарифмической спирали. Распределение масс Галактики очень близко к хаббловской классификации спиральных галактик с относительно слабыми рукавами (Sbc). В 1970 году было высказано предположение, что Млечный Путь относится к типу SAB(rs)bc, где «rs» указывает на разорванную кольцевую структуру вокруг области ядра. Лишь в 1980-х годах астрономы предположили, что Млечный Путь представляет собой усеченную спираль, а не простую спираль, и наблюдения 2005 года это подтвердили.

Диск

Диск — основная составляющая нашей Галактики по содержанию звёздной массы. По оценкам ученых, галактический диск, выходящий из галактического центра в различных направлениях, имеет диаметр от 70 до 100 тысяч световых лет. Ещё в 1980-х годах астрономы предположили, что Млечный Путь — это усеченная спиральная галактика, а не простая спиральная галактика. Как уже отмечалось, это предположение было подтверждено в 2005 году космическим телескопом Спитцер, который показал, что центральная часть нашей Галактики больше, чем считалось ранее. По сравнению с гало диск вращается значительно быстрее. Скорость вращения различна на разном расстоянии от центра. Она увеличивается от 0 км/с в центре до 240 км/с на расстоянии 2000 световых лет от него, затем немного уменьшается, снова увеличивается примерно до 200—240 км/с, а затем остается постоянной. Изучение особенностей вращения диска позволяет вычислить его массу, которая оказывается в 150 миллиардов раз больше массы Солнца. Вблизи плоскости диска сосредоточены молодые звёзды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Среди них очень яркие и горячие звёзды. Газ в диске также сконцентрирован вблизи плоскости диска. Газ распределяется неравномерно, образуя многочисленные газовые облака размером от одного парсека до нескольких тысяч световых лет.

Центр галактики

Центр Галактики находится в созвездии Стрельца (α = 265°, δ = −29°). Расстояние от Солнца до центра Галактики оценивается в 26 000 — 28 000 световых лет (8,0 — 8,6 кпк). Центральная область галактиеи размером около 1 парсека содержит два звёздных скопления: относительно старое с массой 10⁶ M_⊙ и очень молодое с массой 1,5⋅10⁴ M_⊙, оба имеют дискообразную форму. Также в области размером 2×3 парсека вокруг центра отсутствует газ: вероятно, он был унесён звёздным ветром. На границе этой области находится газовое кольцо, которое, по-видимому, представляет собой аккреционный диск чёрной дыры. Галактический центр представляет собой массивный и интенсивный радиоисточник довольно большой массы (называемый Стрелец А*), который считается сверхмассивной чёрной дырой. В пределах 100 парсек от центра Галактики ― области, которую часто называют ядром ― происходит активное звездообразование: там обнаружены остатки сверхновых, источники инфракрасного излучения и гигантские молекулярные облака. На большем удалении от центра располагается центральная молекулярная зона — кольцеобразная область радиусом 200 парсек, содержащая большое количество молекулярного газа. Если смотреть с Андромеды, это должна быть самая яркая часть нашей галактики.

Рукава

Каждый рукав описывает логарифмическую спираль с разворотом примерно на 12 градусов. Считается, что из центра галактики начинаются пять основных рукавов. Внешним по отношению к основным рукавам является наружное кольцо. Плотность газа в рукавах в несколько раз превышает плотность в остальных частях диска, а также именно там наиболее активно происходит звездообразование. Спиральные рукава представляют собой волны плотности, так что спиральный узор в целом вращается с другой скоростью, чем звёзды и газ.

Типичное для большинства галактик распределение массы в Млечном Пути таково, что орбитальная скорость большинства звёзд не сильно зависит от их расстояния до центра. За исключением галактической выпуклости и внешнего кольца, типичная скорость звезды составляет 210 м/с и 240 км/с. Следовательно, период обращения звезды прямо пропорционален только длине пройденного пути. Это отличается от ситуации в Солнечной системе, где преобладает гравитационная динамика двух тел, а разные орбиты имеют связанные с ними значительно разные скорости. Это различие является одним из основных доказательств существования тёмной материи. Ещё одним интересным аспектом является проблема намотки спиральных рукавов. Если считать, что внутренние части рукавов вращаются быстрее, чем внешние, то галактика закрутится до такой степени, что спиральная структура сгладится. Но этого не видно в спиральных галактиках; вместо этого астрономы предполагают, что рукава образовались в результате плотной волны материи, испускаемой из галактического центра.

Гало

Галактический диск окружен сферическим ореолом из старых звезд и шаровых скоплений, 90 % которых находятся в пределах 100 000 световых лет, что предполагает диаметр звездного гало (практически сферической формы) в 200 000 световых лет. Активного звездообразования в гало нет. Гало содержит лишь несколько процентов всех звёзд Млечного Пути — его звёздная масса составляет около 10⁹ M_⊙, при этом в гало содержится большое количество тёмной материи.

Планеты и звёзды

Млечный Путь содержит не менее 100 миллиардов звёзд, но может насчитывать и до 400 миллиардов звёзд. Их точное количество зависит от количества маломассивных карликов, которые трудно обнаружить, особенно на расстоянии более 300 световых лет от Солнца. Для сравнения, соседняя галактика Андромеды содержит около одного триллиона звёзд. Пространство между звёздами заполнено диском из газа и пыли, называемым межзвездной средой. Толщина этого газового слоя варьируется от сотен световых лет в холодном газе до тысяч световых лет в теплом газе.

Различные наблюдения предполагают, что планет, связанных со звёздами, может быть не меньше, чем звёзд в Млечном Пути. Согласно исследованиям 2013 года, Млечный Путь содержит по крайней мере одну планету на звезду, в результате чего насчитывается от 100 до 400 миллиардов планет. 4 ноября 2013 года астрономы сообщили, основываясь на данных телескопа «Кеплер», что в обитаемых зонах солнцеподобных звёзд и красных карликов в галактике Млечный Путь может находиться до 40 миллиардов планет размером с Землю. 11 миллиардов из этих планет могут вращаться вокруг звёзд, подобных Солнцу. По мнению ученых, ближайшая такая планета может находиться на расстоянии 12 световых лет от Земли.

Планет размером с Землю может быть больше, чем газовых гигантов. Диск звёзд Млечного Пути не имеет резкой границы, за которой нет звёзд. Вместо этого концентрация звёзд уменьшается с увеличением расстояния от центра Галактики. По неясным причинам за пределами радиуса примерно 40 000 световых лет (13 кпк) от центра количество звёзд на кубический парсек уменьшается гораздо быстрее с увеличением радиуса. Галактический диск окружает галактическое гало из звёзд и шаровых скоплений, которое простирается наружу, но ограничено по размеру орбитами двух спутников нашей галактики, а именно Большого и Малого Магеллановых Облаков, максимальное приближение которых к галактическому центру составляет около 180 000 световых лет (55 кпк).

Местоположение Солнечной системы

Солнце (а значит и Земля) расположено вблизи внутреннего круга Галактики Рукав Ориона, в поясе Гулда, на гипотетическом расстоянии 7,62 ± 0,32 кпк (27200 ± 1100 световых лет) от центра Галактики. Расстояние между местным и следующим внешним рукавом, рукавом Персея, составляет около 6500 световых лет.

Солнце, а вместе с ним и Солнечная система, расположены в так называемой галактической обитаемой зоне. В сфере радиусом 15 парсеков (49 световых лет) от Солнца находится около 208 звёзд ярче абсолютной величины 8,5, что дает плотность одной звезды на 69 кубических парсеков или одну звезду на 2360 кубических световых лет. С другой стороны, известно 64 звезды (любой величины, не считая четырёх коричневых карликов) в пределах пяти парсеков (16 световых лет) от Солнца, что дает плотность около одной звезды на 8,2 кубических парсека, или одну на 284 кубических световых лет.

Основное направление движения Солнца — к звезде Веге, около созвездия Геркулеса, под углом около 60 градусов по небу от галактического центра. Ожидается, что галактическая орбита Солнца будет примерно эллиптической с добавлением возмущений из-за спиральных галактических рукавов и неравномерного распределения массы. Кроме того, Солнце колеблется вверх и вниз относительно галактической плоскости примерно 2,7 раза за один оборот. Считалось, что эти колебания совпадают с периодами массового вымирания на Земле. Однако повторный анализ, основанный на данных CO, не смог найти корреляции между ними. Один оборот вокруг галактического центра занимает у Солнечной системы около 240 миллионов лет, период, известный как галактический год. Считается, что с момента своего образования Солнце совершило 18—20 оборотов вокруг центра галактики.

Примечания

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!