10 свежих и удивительных открытий, связанных с галактикой млечный путь

Планета-изгой или сама себе звезда

Иногда планеты ведут себя странн.

Примерно в 20 световых годах от нас находится очень странный объект. Когда ученые его впервые обнаружили в 2016 году, они подумали, что нашли коричневый карлик. Эти объекты еще называют «неудавшимися звездами». По размерам они больше обычных планет, но и звездами их не назвать. В их недрах как в недрах настоящих звезд происходят термоядерные реакции, однако участие водорода в них минимально.

Недавнее исследование объекта показало, что его классификацию усложняет еще один факт. SIMP J01365663+0933473 (так называется объект) представляет собой космическое-тело «изгой». Другими словами, он не принадлежит ни одной звездной системе, а буквально блуждает один в космосе. Кроме того, его возраст оценивается примерно в 200 миллионов лет, что не позволяет назвать его коричневым карликом (слишком молод).

Перед нами уникальный представитель – нечто среднее между неудавшейся звездой и планетой. Этот здоровяк примерно 70 раз массивнее Юпитера и обладает в 200 раз более сильным магнитным полем. Наличие такого мощного магнитного поля создает в верхних слоях его атмосферы полярные сияния. Изучая этот объект, ученые надеются убить сразу двух зайцев – узнать о магнетизме и звезд, и планет.

Земная хроника открытия Галактики как пример

Большинство небесных тел объединяются в различные вращающиеся системы. Так, Луна вращается вокруг спутник и планет-гигантов образуют свои, богатые небесными телами, системы. На более высоком уровне, Земля и остальные планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Возникал естественный вопрос, не входит ли и Солнце в состав еще большей системы?

Первое систематическое исследование этого вопроса на Земле выполнил в XVIII веке английский астроном Уильям Гершель. Уильям Гершель подсчитывал количество видимых в телескоп звёзд в разных областях неба и обнаружил, что на небе присутствует большой круг (впоследствии он был назван галактическим экватором), который делит небо на две равные части и на котором количество звёзд наибольшее. Кроме того, звёзд оказывается тем больше, чем ближе участок неба расположен к этому кругу. Наконец обнаружилось, что именно на этом круге располагается Млечный Путь. Благодаря этому Гершель догадался, что все наблюдаемые нами звёзды образуют гигантскую звёздную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.

Вначале Земные астрономы (как и веками ранее Вулканские) предполагали, что все объекты Вселенной являются частями нашей Галактики, хотя ещё Кант высказывал предположение, что некоторые туманности могут быть галактиками, подобными Млечному Пути. Ещё в 1920 год возможное существование внегалактических объектов было предметом дебатов. Известен так называемый Большой Спор между Харлоу Шепли и Гебером Кёртисом. Шепли отстаивал единственность нашей Галактики. Кёртис, напротив, настаивал на том, что Млечный Путь лишь одна из множества галактик во Вселенной, подобно тому как Солнце одна из множества звёзд в Млечном Пути. Гипотеза Канта была окончательно подтверждена лишь в 1920-х годах, когда Эдвин Хаббл измерил расстояния до некоторых спиральных туманностей и, в результате, выяснил, что вследствие своей удаленноести от Солнечной системы они не никак могут входить в состав Млечного Пути.

Первые звезды

Чтобы заглянуть в самые ранние дни Галактики, астрономы искали звезды, существовавшие еще с самого начала формирования Млечного Пути. Они были созданы только из водорода и гелия — чистого «сырья» космоса. К счастью, некрупные звезды могут существовать очень долго, поэтому многие из них до сих пор существуют и светят.

После десятилетий исследований ученые составили каталог из 42 таких древних звезд, известных как ультра-бедные металлами звезды (для астрономов любой атом тяжелее гелия считается металлическим). Согласно стандартной истории Млечного Пути, эти звезды должны находиться по всему гало Галактики — самой первой сформировавшейся её части. И наоборот, звезды в диске, которому потребовалось, возможно, еще миллиард лет, чтобы сформироваться, должны быть загрязнены тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород.

В конце 2017 года Сестито решил изучить, как движется этот обедненный металлами рой, написав код для анализа предстоящих результатов Gaia. Он надеялся, что это может дать некоторые подсказки о том, как возникло «гало».

За время, прошедшее после публикации данных каталога Gaia, он извлек 42 древних звезды из полного набора данных, а затем проследил за их движением. Он обнаружил, что большинство из них проходило через внешний ореол. Но некоторые звезды (примерно каждая четвертая) этого не сделали. Они, наоборот, оставались в диске — самом молодом регионе Млечного Пути. Сестито был удивлен.

Последующие исследования подтвердили, что эти звезды действительно являются постоянным населением диска, а не просто туристами. На основе двух недавних обзоров данных Сестито и его коллеги создали библиотеку из примерно 5000 звезд с низким содержанием металла. Несколько сотен из них, похоже, являются постоянным населением диска Галактики. Другая группа исследователей проанализировала около 500 звезд и обнаружила, что примерно каждая десятая постоянно находится на круговых орбитах, похожих на орбиту Солнце. Третья группа исследователей нашла звезды с разным содержанием металла (и, следовательно, разного возраста), движущиеся по орбитам плоского диска. «Это что-то совершенно новое», — считает Паола Ди Маттео, астроном Парижской обсерватории.

Откуда возникли эти анахронизмы? Сестито предположил, что, возможно, очагам изначального чистого газа из водорода удалось избежать наличия металлов, выбрасываемых сверхновыми в течение жизни Галактики, а затем столкнуться, образовав звезды, которые выглядели бы более старыми. Другое предположение состояло в том, что диск, возможно, начал обретать форму вместе с ореолом, почти на 1 миллиард лет раньше изначально предполагаемого срока.

Чтобы выяснить, какая из версий наиболее правдоподобна, он связался с Тобиасом Баком, исследователем из Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме в Германии, специализирующимся на моделировании населения галактик. Как и ожидалось, прошлые усилия Тобиаса разгадать загадку появления нашей Галактики обычно приводили к выводу о том, что вначале появился ореол, а затем диск. Но это были попытки моделирования с относительно низким пространственным разрешением. По просьбе Сестито, Бак увеличил точность моделирования примерно в 10 раз.

При таком разрешении каждое моделирование требовало интенсивных вычислительных ресурсов. Несмотря на то, что у него был доступ к суперкомпьютерному центру в Лейбнице, для одного моделирования требовалось три месяца вычислительного времени. Бак повторил расчеты шесть раз. Из этих шести пять было произведено для нашей Галактики. Два из них имели достаточное количество звезд в диске с низкой металличностью.

Как эти древние звезды, с низким содержанием металлов попали в диск? Проще говоря, они были звездными иммигрантами. Некоторые из них родились в облаках до формирования нашей Галактики. Затем облака случайно направили часть своих звезд на орбиты, которые в конечном итоге стали частью галактического диска. Другие звезды пришли из маленьких «карликовых» галактик, которые взаимодействовали с Галактикой и вошли в состав формирующегося диска.

Результаты, опубликованные группой в ноябре, предполагают, что классические модели образования галактик были неполными. Как и ожидалось, газовые облака сжимаются в сферические гало. Но звезды, падающие под прямым углом, могут также и сформировать диск. «Теоретики не ошиблись», — сказал Бак. — «Им действительно не хватало данных наблюдений».

Структура

Планета проживает в галактике спирального типа с баром. Долгие годы думали, что присутствует 4 рукава, но последние исследования подтверждают лишь два: Щит-Центавра и Киль-Стрельца. Они появились из плотных волн, вращающихся вокруг галактики. То есть, это сгруппированные звезды и газовые облака.

Структура Млечного Пути: вид сверху

Что насчет фото галактики Млечный Путь? Все они выступают художественными интерпретациями или же реальными снимками, но очень похожих на нашу галактик. Конечно, мы пришли к этому не сразу, так как никто не мог точно сказать, как она выглядит (мы ведь внутри нее).

Современные приборы позволяют насчитывать до 400 миллиардов звезд, каждая из которых может располагать по планете. 10-15% массы уходит на «светящуюся материю», а все остальное – звезды. Несмотря на огромнейший массив, для наблюдения нам открывается лишь 6000 световых лет в видимом спектре. Но здесь в игру вступает инфракрасные приборы, открывающие новые территории.

Вокруг галактики находится огромнейший ореол темной материи, охватывающий целые 90% всей массы. Никто пока не знает, что это такое, но ее присутствие подтверждает воздействие на другие объекты. Полагают, что она удерживает Млечный Путь от распада в процессе вращения.

Движение не заканчивается?

В последнее время наша Галактика имела относительно спокойную историю, но новые столкновения с близлежащим галактиками продолжают беспокоить. Наблюдатели ночного неба в Южном полушарии невооруженным глазом могут заметить пару карликовых галактик, называемых Большим и Малым Магеллановыми облаками. Астрономы долгое время полагали, что эта пара — наши устойчивые спутники на орбите Галактики. Однако, серия наблюдений космического телескопа Хаббл между 2006 и 2013 годами показала, что они более похожи на падающие метеориты. Нитья Калливаялил, астроном из Университета Вирджинии, определила, что горячие облака поднимаются со скоростью около 330 километров в секунду — почти в два раза быстрее, чем предполагалось. Когда несколько лет спустя группа ученых под руководством Хорхе Пеньяррубиа, астронома из Королевской обсерватории Эдинбурга, подсчитали цифры, они пришли к выводу, что быстрые облака должны быть чрезвычайно большими — возможно, в 10 раз больше, чем считалось ранее. «Это был сюрприз за сюрпризом», — сказал Пеньяррубия.

Различные группы предполагали, что неожиданно мощные карлики могут тащить за собой части Млечного Пути, и в этом году Пеньяррубия сошлись в результатах с Петерсеном. Проблема в изучении Галактики заключается в том, что наша Галактика — Млечный Путь — это бушующая метель звезд, в которой мы сами снежинки. Таким образом, Пеньяррубия и Петерсен потратили значительную часть времени на то, чтобы выяснить, как учесть движение Земли и Солнца и как учесть движение звезд гало, чтобы внешняя граница гало могла служить неподвижным фоном.

Когда они откалибровали данные таким образом, они обнаружили, что Земля, Солнце и остальная часть диска, на котором они находятся, двигаются в одинаковом направлении. Недавно они подробно рассказали о своих открытиях в Nature Astronomy.

Взаимодействие диска Галактики с гало подрывает фундаментальное предположение: Млечный Путь — это объект, находящийся в равновесии. Анализ Пеньяррубиа и Петерсена доказывает, что предположение о стабильной Галактике, возможно, не является верным. Даже через 14 миллиардов лет после слияния протогалктик продолжается формирование нашей. Это осознание — лишь последнее изменение в нашем понимании Галктики, как эволюционирующей системы. «Все, что мы думали, что мы знаем о будущем и истории Млечного Пути, — сказал Петерсен, — необходимо полностью переосмыслить».

Обнаружение и имя

У нашей галактики Млечный Путь довольно интересное название, так как туманная дымка напоминает молочный след. Имя имеет древние корни и переведено с латинского «Via Lactea». Это имя фигурирует уже в работе «Тадхира» Насир ад-Дин Туси. Он писал: «Представлена множеством небольших и плотно сгруппированных звезд. Они расположены близко, поэтому кажутся пятнами. Цветом напоминает молоко…». Полюбуйтесь на фото галактики Млечный Путь с ее рукавами и центром (конечно, никто не может сделать фото нашей галактики, однако есть похожие конструкции и точные данные о структуре, на основе которых составляется представление о внешнем виде галактического центра и рукавов).

Художественная интерпретация Млечного Пути, наблюдаемого сверху точки северного полюса.

Ученые думали, что Млечный Путь наполнен звездами, но это оставалось лишь догадкой до 1610 года. Именно тогда Галилео Галилей направляет первый телескоп в небо и видит отдельные звезды. Это также открыло людям новую правду: звезд намного больше, чем мы думали, и они входят в состав Млечного Пути.

Иммануил Кант в 1755 году считал, что Млечный Путь – это коллекция звезд, объединенных совместной гравитацией. Гравитационная сила заставляет объекты вращаться и приплющивает в форме диска. В 1785 году Уильям Гершель попробовал воссоздать галактическую форму, но не догадался, что большая ее часть скрывается за пылевой и газовой дымкой.

Ситуация меняется в 1920-х годах. Эдвин Хаббл сумел убедить, что мы видим не спиральные туманности, а отдельные галактики. Именно тогда появилась возможность осознать форму нашей. С того момента стало ясно, что это спиральная галактика, обладающая перемычкой. Смотрите видео, чтобы изучить структуру галактики Млечный Путь и исследовать ее шаровые скопления и узнать, сколько звезд проживает в галактике.

Астрофизические параметры Млечного Пути

Для того чтобы представить, как выглядит Млечный Путь в масштабах космоса, достаточно взглянуть на саму Вселенную и сравнить отдельные ее части. Наша галактика входит в подгруппу, которая в свою очередь является частью Местной группы, более крупного образования. Здесь наш космический мегаполис соседствует с галактиками Андромеда и Треугольника. Окружение троице составляют более 40 мелких галактик. Местная группа уже входит в состав еще более крупного образования и является частью сверхскопления Девы. Некоторые утверждают, что это только приблизительные предположения о том, где находится наша галактика. Масштабы образований настолько огромны, что все это представить практически невозможно. Сегодня мы знаем расстояние до ближайших соседствующих галактик. Другие объекты глубокого космоса находятся за пределами видимости. Только теоретически и математически допускается их существование.

Что касается обозримого мира, то сегодня имеется достаточно информации о том, как выглядит наша галактика. Существующая модель, а вместе с ней и карта Млечного Пути, составлена на основании математических расчетов, данных полученных в результате астрофизических наблюдений. Каждое космическое тело или фрагмент галактики занимает свое место. Это, как и во Вселенной, только в меньшем масштабе. Интересны астрофизические параметры нашего космического мегаполиса, а они впечатляют.

Наша галактика спирального типа с перемычкой, которую на звездных картах обозначают индексом SBbc. Диаметр галактического диска Млечного Пути составляет порядка 50-90 тысяч световых лет или 30 тысяч парсек. Для сравнения радиус галактики Андромеды равен 110 тыс. световых лет в масштабах Вселенной. Можно только представить насколько больше Млечного Пути наша соседка. Размеры же ближайших к Млечному Пути карликовых галактик в десятки раз меньше параметров нашей галактики. Магеллановы облака имеют диаметр всего 7-10 тыс. световых лет. В этом огромном звездном круговороте насчитывается порядка 200-400 миллиардов звезд. Эти звезды собраны в скопления и туманности. Значительная ее часть – это рукава Млечного Пути, в одном из которых находится наша солнечная система.

Все остальное — это темная материя, облака космического газа и пузыри, которые заполняют межзвездное пространство. Чем ближе к центру галактики, тем больше звезд, тем теснее становится космическое пространство. Наше Солнце располагается в области космоса, состоящем из более мелких космических объектов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.

Масса Млечного Пути составляет 6х1042 кг, что в триллионы раз больше массы нашего Солнца. Практически все звезды, населяющие нашу звездную страну, расположены в плоскости одного диска, толщина которого составляет по разным оценкам 1000 световых лет. Узнать точную массу нашей галактики не представляется возможным, так как большая часть видимого спектра звезд, скрыта от нас рукавами Млечного Пути. К тому же неизвестна масса темной материи, которая занимает огромные межзвездные пространства.

Центр галактики имеет диаметр 1000 парсек и состоит из ядра с интересной последовательностью. Центр ядра имеет форму выпуклости, в которой сосредоточены крупнейшие звезды и скопление раскаленных газов. Именно эта область выделяет огромное количество энергии, которая по совокупности больше, чем излучают миллиарды звезд, входящие в состав галактики. Эта часть ядра самая активная и самая яркая часть галактики. По краям ядра имеется перемычка, которая является началом рукавов нашей галактики. Такой мостик возникает в результате колоссальной силы гравитации, вызванной стремительной скоростью вращения самой галактики.

Рассматривая центральную часть галактики, парадоксальным выглядит следующий факт. Ученые долгое время не могли понять, что находится в центре Млечного Пути. Оказывается, в самом центре звездной страны под названием Млечный Путь устроилась сверхмассивная черная дыра, диаметр которой составляет порядка 140 км. Именно туда и уходит большая часть энергии, выделяемой ядром галактики, именно в этой бездонной бездне растворяются и умирают звезды. Присутствие черной дыры в центре Млечного Пути свидетельствует о том, что все процессы образования во Вселенной, должны когда-то закончиться. Материя превратится в антиматерию и все повторится снова. Как будет себя вести это чудовище через миллионы и миллиарды лет, черная бездна молчит, что указывает на то, что процессы поглощения материи только набирают силу.

История и будущее Млечного Пути

Самой старой звезде, обнаруженной в нашей галактике, HD 140283, астрофизики дают 13,7 миллиарда лет — она только на 100 миллионов лет моложе самой Вселенной. В ту пору галактика развивалась очень бурно. Так как именно в звездах формируются тяжелые элементы вроде кислорода, углерода или железа, первые после Большого Взрыва светила галактики состояли только из гелия и водорода. Без тяжелых веществ, которые играют роль стабилизаторов, новые звезды вырастали очень большими, и существовали считанные миллионы лет до взрыва. По наличию металлов в составе Солнца и газопылевом диске можно сказать точно, что почти все вещество Млечного Пути хоть раз, но было внутри другой звезды.

А что в это время делал сам Млечный Путь? Как и все новые галактики, он активно поглощал разбросанное в пределах своего гало вещество. Этим он занимается и до сих пор. Высокоскоростные газовые облака движутся вокруг галактики и падают на ее диск, обеспечивая материалом для новых звезд. Также в раннем периоде Млечный путь активно поглощал меньшие, карликовые галактики, которые попадались на его пути. Поэтому из множества спутников у галактики осталось лишь 14.

На видео ниже — компьютерная модель столкновения двух галактик, и одна из наиболее качественных на сегодняшний момент.

Но через 4 миллиарда лет спутники ждет поглощение Млечным Путем. Ученые считают, что оно уже началось. Два спутника нашей галактики, которые видны невооруженным глазом — Большое и Малое Магеллановы Облака — прямо сейчас теряют свое вещество, которое наматывается на южный полюс Млечного Пути. Ученые считают, что раньше все галактики-спутники выглядели как одно громадное кольцо, которое распалось во время раскручивания нашей галактики.

Сейчас Млечный Путь принадлежит к «зеленому промежутку» галактик, и находится ровно посередине своего жизненного пути — газ для формирования новых звезд начинает заканчиваться, но сами звезды еще молоды. Однако вырождаться в галактику «красной последовательности» Млечный Путь пока не собирается. После того как он разделается со своими спутниками, его ждет уже известное вам столкновение. После него Млечный Путь и Андромеда объединят свои ресурсы, и их ждет кратковременный рост количества новых звезд.

А дальнейшие перспективы не берутся загадывать даже фантасты. Ведь 5 миллиардов лет, которые требуются для слияния галактик — больше, чем возраст всего живого на текущий момент.

https://youtube.com/watch?v=QUmLohLA0uM

Место галактики во Вселенной

Следует отметить одну примечательную особенность. Положение Солнца и соответственно, планеты Земля очень удобно. В галактическом диске постоянно происходит процесс уплотнения. Вызван этот механизм несоответствием скорости вращения спиральных ветвей и движения звезд, которые перемещаются в пределах галактического диска по своим законам. Во время уплотнения происходят бурные процессы, сопровождающиеся мощным ультрафиолетовым излучением. Солнце и Земля уютно расположились в коротационной окружности, где подобная бурная деятельность отсутствует: между двумя спиральными ветвями на границе рукавов Млечного Пути — Стрельца и Персея. Этим объясняется и то спокойствие, в котором мы пребываем столь длительное время. Уже более 4,5 млрд. лет нас не затрагивают космические катаклизмы.

Структура Млечного Пути

Если внимательно рассмотреть структуру Млечного Пути, то мы увидим следующее:

  1. Галактический диск. Здесь сосредоточено большинство звезд Млечного Пути.

Сам диск разбит на следующие части:

  • Ядро это центр диска;
  • Дуги – области вокруг ядра, в том числе непосредственно области выше и ниже плоскости диска.
  • Спиральные рукава – это области, которые выступают наружу от центра. Наша Солнечная Система находится в одном из спиральных рукавов Млечного Пути.
  1. Шаровые скопления. Несколько сотен из них разбросаны выше и ниже плоскости диска.
  2. Гало. Это большая, тусклая область, которая окружает всю галактику. Гало состоит из газа большой температуры и, возможно, темной материи.

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 звезд. Возраст сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд лет. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж (в переводе с английского «утолщение»). Вращается гало в целом очень медленно.

По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. Диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет). Толщина – около 1000 световых лет. Скорость 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. Масса диска в 150 млрд раз больше массы Солнца (1,99*1030 кг). В диске концентрируются молодые звезды и звездные скопления. Среди них много ярких и горячих звезд. Газ в диске Галактики распределен неравномерно, образуя гигантские облака. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Примерно на 1/4 она состоит из гелия.

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 ее 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 их многие тысячи. Ближе к центру отмечаются области ионизированного 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.

Одним из наиболее заметных образований являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов – спиральные галактики. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды, многие рассеянные звездные скопления, а также цепочки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В отличие от гало, где какие-либо проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Спиральные рукава Млечного Пути в значительной мере скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвездного водорода, концентрирующегося вдоль длинных спиралей. По современным представлениям, спиральные рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звезд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры не вполне ясны. Над этой проблемой работают многие астрофизики.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий