Из спирального рукава Млечного Пути вылезла какая-то «заноза»
20 августа 2021 17:38 Наталия Теряева
Так видят современные астрономы крупномасштабную структуру Млечного Пути. Звезды и их скопления сгруппированы в спиральные рукава.
Изображение NASA/JPL-Caltech.
«Заноза» поперек Рукава Стрельца состоит из множества звезд и туманностей.
Изображение NASA/JPL-Caltech.
Туманности Орел, Омега, Триффид и Лагуна являются частью «занозы» в Рукаве Стрельца.
Изображение NASA/JPL-Caltech.
Ученые обнаружили ранее неизвестную деталь в невероятно упорядоченном облике Млечного Пути: молодые звезды и газовые облака торчат из одного из спиральных рукавов Галактики, словно щепка из деревянной доски.
Млечный Путь – это спиральная галактика с четырьмя рукавами. Так специалисты называют вращающиеся вокруг общего центра части нашего звёздного дома.
Приблизительное представление о размерах и форме рукавов Млечного Пути астрономы имеют уже достаточно давно. Однако многое остается неизвестным. Ведь мы никак не можем увидеть полную структуру нашей галактики, так как Земля находится внутри нее. А вылететь за пределы Млечного Пути, чтобы сфотографировать его издали, пока у человечества не выходит. Показать Млечный Путь снаружи нам могут разве что инопланетяне.
Ну а пока они себя не обнаружили, астрономы изучают Млечный Путь по частям. Вот и авторы нового исследования сосредоточились на близлежащей части одного из рукавов нашей галактики – Рукава Стрельца.
Для своих изысканий они использовали данные, полученные космическим телескопом Spitzer, который в январе 2020 года «вышел на пенсию». Но, как водится, петабайты собранных космической станцией данных будут анализировать ещё долгие годы.
Ученые искали новорожденные звезды, расположенные в газовых и пылевых облаках (туманностях), где светила формируются. Считается, что судьба молодых звезд и туманностей в значительной степени определяется формой галактических рукавов, в которых они находятся.
Для получения 3D-изображения сегмента Рукава Стрельца ученые воспользовались последними данными космического телескопа Gaia – с его помощью астрономы составляют карту расположения звезд в Млечном Пути.
Данные двух телескопов показали, что поперек Рукава Стрельца расположилась связанная с ним длинная тонкая структура из молодых звезд, движущихся почти с одинаковой скоростью и в одном направлении.
«Ключевым свойством спиральных рукавов является то, насколько плотно они обвивают центр галактики», – говорит Майкл Кун (Michael Kuhn), астрофизик из Калифорнийского технологического института и ведущий автор новой статьи.
Характеристика плотности прилегания галактических рукавов друг к другу измеряется углом тангажа рукава. Чем больше становится этот угол, тем сильнее растягивается спираль – то есть тем больше становится расстояние между ее рукавами.
«Большинство моделей Млечного Пути предполагают, что Рукав Стрельца образует спираль, которая имеет угол тангажа около 12 градусов. А структура, которую мы исследовали, стоит под углом почти 60 градусов», – объясняет Кун.
То есть эта структура стоит поперек Рукава Стрельца.
Подобные «торчащие» структуры, иногда называемые шпорами или перьями, обычно встречаются в рукавах других спиральных галактик. На протяжении десятилетий ученые задавались вопросом, есть ли «шпоры» у рукавов нашей галактики Млечный Путь.
И вот ответ на этот вопрос получен: найдена первая шпора. Длина этой звездной «занозы» в Рукаве Стрельца составляет примерно 3 000 световых лет. Крупная структура.
Авторы исследования сочли обнаруженную ими «щепку» в Рукаве Стрельца Млечного Пути напоминанием о том, как мало мы знаем о нашей галактике и как много нам еще предстоит узнать о нашем звездном доме.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Ранее мы писали о том, что Млечный Путь вытягивается и скручивается в погоне за своим спутником. А еще мы рассказывали о том, что в сердце Млечного Пути найдены остатки мёртвой галактики.
Больше интересных новостей науки и медицины вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
наука астрономия Галактика Млечный Путь общество созвездие новости
Ранее по теме
Расширение не по плану: «Хаббл» обнаружил нестыковку в знаниях учёных о Вселенной
Астрономы уточнили скорость движения Солнца по просторам Галактики
Крупнейшая галактика во Вселенной поразила астрономов размахом своих лепестков
Впервые обнаружено «перо», соединяющее два рукава Млечного Пути
Галактический фейерверк: получены новые снимки соседних с нами галактик
Астрономы увидели вращение крупнейших структур во Вселенной
Галактики
Следующая ступень организации материи во Вселенной − галактики. Типичным
примером является наша галактика − Млечный путь. Она содержит около 1011 звезд и имеет форму тонкого диска с утолщением в центре. На рис. 40 показана проекция на плоскость 16 ближайших соседей нашей галактики.
Звезды в галактиках распределены неравномерно.
Открытие мира галактик принадлежит Э. Хабблу. В 1923–1924 гг., наблюдая
изменения светимости цефеид, находящихся в отдельных туманностях, он показал,
что обнаруженные им туманности являются галактиками, расположенными за пределами
нашей галактики − Млечного пути. В частности он обнаружил, что Туманность
Андромеды является другой звездной системой − галактикой, не входящей в состав
нашей галактики Млечный путь. Туманность Андромеды – спиральная галактика,
находящаяся на расстоянии 520 кпк. Поперечный размер туманности Андромеды
составляет 50 кпк.
На рис. 42 в начале координат квадратом показана область скоростей галактик и
расстояний до них, на основе которой Э. Хаббл вывел соотношение (9).
Лучевую скорость движения небесных объектов − звезд, галактик − определяют,
измеряя изменение частоты спектральных линий. При удалении источника излучения
от наблюдателя происходит смещение длин волн в сторону более длинных длин волн
(красное смещение). При приближении источника излучения к наблюдателю происходит
смещение длин волн в сторону более коротких длин волн (синее смещение). По
увеличению ширины распределения спектральной линии можно определить температуру
излучающего объекта.
Характерной чертой спиральных галактик являются спиральные ветви, простирающиеся
от центра по всему звездному диску. Таблица 19
|
Млечный путь – строение, части, состав, история и развитие галактики – SunPlanets.
infoСодержание:
- 1 Строение и основные характеристики
- 1.1 Размер галактического диска
- 1.2 Количество звёзд
- 1.3 Масса Галактики
- 1.4 Диск
- 1.5 Ядро
- 1.6 Галактические рукава
- 1.7 Галактическое гало
- 1.8 Светимость
- 1.9 Движение
- 2 История открытия
- 3 Расположение Солнечной системы, Солнца и Земли в Галактике Млечный путь
- 4 Окрестности
- 5 Развитие Галактики и ее будущее
- 6 Видео
Планета Земля и планеты Солнечной системы являются частью галактики, именуемой Млечный Путь. Галактика Млечный Путь вместе с миллиардами других галактик составляет Вселенную, а Вселенная – это весь материальный мир, который не имеет границ в пространстве, существует вечно и по формам, принимаемым материей в ходе своего развития, является бесконечным.
Слово галактика ведёт своё происхождение от древнегреческого galaktikós – млечный. Древние греки вкладывали в это слово понятие “молочное кольцо” – именно так в древности наблюдатели описывали видимое на ночном небосводе явление.
Сегодня принято, что если в научной литературе слово Галактика пишется с заглавной буквы, то это означает, что речь идёт о галактике Млечный Путь.
Галактика представляет собой систему из звёзд, скоплений звёзд, межзвёздного газа и межзвездной пыли, а также иного вида материи, называемой тёмной, и планет.
Все перечисленные космические объекты связаны между собой силами гравитации (притяжения). Именно поэтому галактические составляющие и выделяют в отдельную систему.
Млечный Путь – это галактика, в которую входит планета Земля, Солнце и планеты Солнечной системы, а также отдельные звёзды, видимые на ночном небе без специальных приборов, то есть невооружённым глазом.
Строение и основные характеристики
Наша галактика имеет ряд интересных и уникальных особенностей, с которыми вы можете ознакомится ниже:
Размер галактического диска
Самая большая галактика во вселенной в сравнении с другими галактиками слева на право: Млечный путь, Андромеда, М87 и IC 1101. Изображение: Fernando de Gorocica / Wikimedia CommonsПо своей форме Млечный путь представляет собой диск. Учёные определяют размеры галактики, соотносительно её геометрии. Длина диаметра диска составляет около 30 тысяч парсек, что приблизительно равняется 100 тысячам световых лет или в земном метрическом исчислении одному квинтиллиону километров. Усреднённое значение толщины диска Млечного пути равняется 1 тысяче световых лет.
Учёные Канарского института (Институт астрофизический исследований, Канарские острова, Северная европейская обсерватория) провели изучение данных, полученных при исследовании галактики и сделали вывод, что диаметр диска Млечного Пути равен приблизительно 200 тысячам световых лет.
В результате на сегодняшний день можно предположить, что диаметр диска Млечного Пути находится в пределах от 100 до 200 тысяч световых лет.
Количество звёзд
В настоящее время учёные-астрофизики насчитывают в Галактике от 0,2 до 0,4 триллиона звёзд. Основное их количество образует по форме плоский диск, в котором и сосредоточена основная масса этих галактических тел.
Кроме этого, Млечный Путь имеет от 0,25 до 0,1 триллиона коричневых карликов – космических тел, схожих со звёздами, но имеющими размеры всего лишь в несколько десятков раз больше, чем, например, планета Юпитер Солнечной системы.
Сходство же со звёздами у коричневых карликов проявляется в том, что внутри и тех и других космических тел непрерывно происходят термоядерные реакции, и выделяется тепло в открытое космическое пространство. Вследствие этого такие космические тела, идентичные звёздам по строению и физическим процессам, но отличающиеся от них лишь по размерам, и получили название карлики.
Масса Галактики
Галактика Млечный путь в представлении художника: NASA / GSFCСовременная астрофизика столкнулась с нерешённой пока задачей – какова общая масса галактики Млечный Путь? С открытием такой составляющей Галактики как тёмная материя, изучение которой в сегодняшнее время находится только на начальной стадии, учёные обнаружили, что масса этой материи составляет большую часть от массы всей Галактики.
Свойства, строение и массу тёмной материи, её влияние на космические тела во Вселенной, в том числе в Млечном Пути, ещё предстоит изучить. Тем не менее, на сегодняшний день можно принять, что масса галактики Млечный Путь на расстоянии 130 000 световых лет от галактического центра составляет приблизительно 1,5х1012 масс звезды Солнце.
Эти данные астрофизики представили на основе объединения данных миссии “Gaia” (оптический телескоп Европейского космического агентства (ЕКА), выведен на орбиту Земли 19 декабря 2013 года с целью составления подробной звёздной карты Млечного Пути) и миссии “Hubble” (космический телескоп-обсерватория, совместный проект НАСА (США) и ЕАК, выведен на орбиту Земли 25 апреля 1990 года).
Диск
Художественная концепция галактики Млечный Путь / Nick RisingerМлечный Путь является спиральной галактикой. Однако, имеет важную особенность, о наличии которой учёные-астрофизики высказали гипотезу в 80-х годах 20 века. Данная особенность заключается в том, что Млечный путь – не обычная спиральная галактика, а спиральная галактика с перемычкой.
Выдвинутая ранее это теоретическое предположение подтвердилась информацией, полученными в 2005 году космическим телескопом имени Лаймана Спитцера (космический телескоп НАСА, выполняет сбор информации в инфракрасном диапазоне излучения, запущен в космос 23 августа 2003 года, назван в честь американского учёного-астрофизика Лаймана Спитцера (1914–1997), изучавшего физику звёзд).
По полученной с него информации астрофизики установили, что Млечный Путь имеет центральную перемычку. Перемычкой спиральной галактика является скопление ярких звёзд, которое в виде “объёмной полосы” или “бара, бруска” проходит через центр галактики. Спиральные ветви в таких галактиках исходят из концов перемычки, а в обычных спиральных галактиках ветви выходят непосредственно из ядра.
В области центра Галактики галактический диск имеет диаметр 0,1 миллиона световых лет. Диск движется во вращении значительно быстрее, чем гало – невидимая сфера галактики, простирающаяся за видимую часть галактики и состоящая из звёзд, горячего газа и тёмной материи.
Скорость вращательного движения диска Галактики в центре нулевая. С увеличением отдалённости от центра она возрастает. На расстояния 2000 световых лет от диска скорость вращения диска уже составляет 240 км/с. На этом участке Галактики учёные-астрофизики определили стремительное возрастание скорости вращения. Далее наблюдается небольшое её снижение. А затем скорость вращательного движения диска возрастает и вновь достигает значения 240 км/с, и уже остаётся приблизительно неизменной, то есть расхождение с данной величиной небольшое.
Именно исследование вращения диска Галактики дало возможность астрофизикам сделать оценку массы диска (150 миллиардов масс Солнца).
Если рассматривать плоскость диска Галактики, то вблизи плоскости можно наблюдать сосредоточение молодых звёзд и звёздных скоплений, которые образуют так называемую плоскую составляющую. Значительная часть этих звёзд имеет высокую яркость и высокую температуру (горячие звёзды).
Аналогично расположению таких звёзд и их скоплений основная масса газа Млечного Пути сконцентрирована около плоскости диска. Особенностью распределения газа является неравномерность, вследствие чего образуются многочисленные газовые облака: гигантские, которые тянутся на несколько тысяч световых лет и малые, гораздо меньших размеров (не более 3,2 светового года).
Интересным представляется вопрос возраста Млечного Пути. Учёные-астрофизики получили информацию с космического телескопа Kepler (космическая обсерватория НАСА, названа в честь немецкого математика и астронома, запущена на орбиту Земли 6 марта 2009 года, функционировала до 12 мая 2013 года, предназначалась для поиска экзопланет и исследования звёзд), на основании которой определили – средний возраст толстого диска Галактики, где сконцентрировано 4/5 от общего числа звёзд системы, составляет 10 миллиардов лет.
Ядро
Симуляция сверхмассивной чёрной дыры Стрельца А* / Event Horizon Telescope projectВ центральной части галактики Млечный Путь расположен участок, который называют галактическим центром. Длина диаметра данного участка равна приблизительно 6400 световых лет, а его свойства имеют ярко выраженные отличия по сравнению с другими частями Галактики.
Учёные, проводящие исследования физических процессов нашей галактической системы, называют центр Галактики своеобразной “космической лабораторией”, потому что и в настоящее время здесь происходят процессы образования новых звёзд системы.
Именно здесь и расположено ядро нашей Галактики, давшее много миллиардов лет назад начало конденсации (сгущения) нашей звёздной системы. Расстояние от Солнца до центра Галактики равняется приблизительно 3 тысячам световых лет.
В центре Галактики, как полагают исследователи, расположена чёрная дыра Стрелец A*. Масса её приблизительно равно 4 000 000 масс Солнца. Это сверхмассивный галактический объект. Вторая по величине чёрная дыра, как предполагают учёные, находится и совершает своё обращение вокруг этой сверхмассивной, и является средней по массе (от 1 до 10 тысяч масс Солнца). Свой полный оборот среднемассивная чёрная дыра совершает за время, равное приблизительно 100 земным годам.
Исследователи установили, что кроме этих двух объектов, в галактическом ядре присутствует ещё несколько тысяч чёрных дыр, которые в сравнении с первыми двумя достаточно небольшие по массе и размерам. Каждая чёрная дыра создаём гравитационное поле. Чем больше масса и размер объекта, тем с большей силой данный объект воздействует на другие, и тем большее по силе гравитационное поле он создаёт.
Чёрные дыры галактического ядра в совокупности создают сверхмощное гравитационное поле. Посредством этой суммарной силы притяжения чёрные дыры воздействуют на галактические звёзды и удерживают их на своих орбитах. Учёные наблюдают, что звёзды под воздействием такого сверхмощного поля гравитации двигаются по нестандартным (необычным) траекториям, которые имеют своеобразные впадины и выпуклости.
Следует отметить, что на основе изучения нашей звездной системы учёные по аналогии выдвигают предположение, что подобная галактика имеет в своём ядре чёрную дыру сверхбольшой массы.
Галактические рукава
Схема галактики Млечный путь и ее рукавовГалактическим рукавом называют составную часть, которая по форме напоминает рукав (или ответвление) галактики, имеющей спиралевидную форму. Эти структурные элементы состоят из звёздной пыли и газа, молодых звёзд и их скоплений.
Исследователи установили, что спиральные рукава обладают таким свойством, как долгая живучесть, то есть данные структурные галактические элементы имеют достаточно большое время существования, а не “рассеиваются” в окружающем космическом пространстве за сравнительно короткий временной период.
Данный вывод основан на дедукции от обратного: если допустить, что галактические рукава существуют непродолжительное время, тогда следует, что во Вселенной должны преобладать “безрукавные” (неспиральные) типы галактик. Здесь противоречие с наблюдениями за галактиками во Вселенной – во Вселенной преобладающим типом галактик являются спиралевидные объекты.
В основе генезиса (зарождения и развития) галактических рукавов лежит неустойчивость в галактическом диске, вследствие которой материя “отрывается” от диска галактики и в ходе вращения приобретает спиралевидную форму ветвей, который в свою очередь являются волнами плотности.
Галактические спиральные рукава обладают следующими свойствами, доступными для наблюдения:
- в данных структурных элементах сосредоточено в 2 раза больше молодых звёзд, чем в галактическом диске;
- количество старых галактических объектов (звёзд) меньше на 1/3, чем в среднем по галактическому диску;
- количество звездного газа в 2–5 раз превышает количество газа, находящегося в смежных с рукавами областях;
- наличие большого количества непрозрачной звёздной пыли;
- постоянное отклонение скорости вращения объектов, составляющих галактические рукава, от круговой.
Интересным представляется факт, что если галактика является спиральной и имеет перемычку, то в спиралевидных галактических рукавах звёзды вращаются по круговой орбите (с очень малыми отклонениями от правильной окружности).
Галактические рукава расположены в плоскости галактического диска. А наша Солнечная система расположена на рукаве Ориона галактики около плоскости Млечного Пути. Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 27 000 световых лет.
Вследствие такого положения Солнца с его планетарной системой возможность визуального наблюдения рукавов Галактики из нашей Солнечной системы отсутствует, а космические расстояния настолько гигантские, что у человечества в настоящее время нет даже зачатков технологий, позволяющих преодолевать такие огромные пространства для наблюдения за нашей Галактикой “со стороны”.
Поэтому учёные исследуют форму галактических рукавов, наблюдая молекулярный газ оксид углерода (СО) в космическом пространстве. На основе анализа исследователи определили, что наша галактика Млечный Путь имеет 2 рукава. Эти рукава берут своё начало во внутренней части Млечного пути у перемычки (бара).
Также астрофизики определили, что внутренняя галактическая часть имеет ещё 2 рукава, которые вместе с первой парой составляют структуру четырёх рукавов галактики Млечный Путь во внешней её части, где расположена область (линия) нейтрального водорода.
Галактическое гало
Галактическое гало Млечного пути в представлении художника. Изображение: ESO/L. CalçadaГало (от греч. halos – круг, диск) представляет собой круги, дуги, столбы, пятна света, видимые вокруг или вблизи дисков звёзд (например, звезды жёлтого карлика Солнца), планет (например, спутника Земли планеты Луна), которые вызываются преломлением и отражением света от материальных частиц в космическом пространстве (соответственно для галактик такие преломления и отражения света соотносятся со звёздами).
Гало Млечного Пути имеет форму сферы и простирается за границы Галактики на 10 световых лет. Диск галактики Млечный Путь окружён гало, которое образуют старые звёзды и шаровые скопления. Почти 90% из этих космических объектов находится на расстояниях до 100 тысяч световых лет от центра Галактики.
Исследования гало непрерывно продолжаются и в настоящее время обнаружено несколько шаровидных скоплений, отстоящих от центра нашей Галактики на расстоянии 2х105 световых лет. Состав гало Млечного пути однороден и имеет преимущественно старые неяркие звёзды с малой массой.
Сферическое гало Млечного Пути имеет космические объекты, возраст которых оценивается более, чем 12 миллиардов лет. Этот возраст принимают за возраст самого Млечного Пути.
Диск Галактики имеет в своём составе большое количество пыли и газа. Эти материальные объекты препятствуют свободному прохождению видимого света. В отличие от этого, сфероидное гало не содержит ни космической пыли, ни космического газа, поэтому видимый свет имеет свободное прохождение и может наблюдаться.
В галактике Млечный Путь в диске идёт интенсивный процесс образования новых звёзд. Особенно активно звёзды образуются в спиралевидных рукавах Млечного Пути, которые являются областями высокой плотности материи. В гало, наоборот, процесса образования новых звёзд нет, он уже завершился.
Современные исследователи выдвигают теорию о том, что основную массу галактики Млечный Путь образует тёмная материя, которая в свою очередь образует гало тёмной материи со сверхгигантской массой, оцениваемой величиной от 600 до 3000 миллиардов масс Солнца.
Относительно особенностей движения гало Млечного Пути учёными на данный момент определено, что составляющие гало звёзды и звёздные скопления движутся относительно центра Млечного Пути, и орбиты из движения являются значительно вытянутыми.
Сами же звёзды, составляющие гало, по отдельности могут двигаться немного хаотично, то есть звёзды-соседи могут иметь самые разные направления своих скоростей. Однако, совокупное движение гало единообразно и происходит с медленной скоростью вращения.
Светимость
В общефизическом смысле под светимостью тела понимают величину полного потока света, испускаемого единицей поверхности источника.
В астрофизике используется термин светимость звезды, под которым понимается мощность светового излучения этого космического объекта. Обычно светимость звёзд определяется относительно светимости звезды Солнце. Аналогично данное понятие переносится и на галактику. Здесь рассматривают совокупную (полную) светимость Галактики. Астрофизики оценивают эту величину равной 2х1010 светимостей Солнца.
Движение
Иллюстрация вращения галактикиГалактика Млечный Путь имеет два вида движения. Объекты, составляющие галактическую систему непрерывно совершают вращение относительно галактического центра.
Сама же галактическая система в целом движется в космическом пространстве относительно реликтового (древнего) излучения со скоростью, равной приблизительно 620 км/с. Вектор движения Млечного Пути как единой системы направлен в сторону созвездия Гидры.
История открытия
Схема устройства Галактики из статьи Гершеля «On the Construction of the Heavens», 1785История открытия галактики Млечный Путь и открытия множественности галактик во Вселенной связано с именами выдающихся учёных. К таковым относятся:
- Уильям Гершель (1738 – 1822), британец немецкого происхождения, астроном: открыл планетe Уран, а также инфракрасное излучение, исследовал дальний космос;
- Иммануил Кант (1724 –1804), немецкий философ, выдвинул научную гипотезу о звёздных туманностях;
- Харлоу Шепли (1885 – 1972), американский учёный, исследовал переменные звёзды Млечного Пути и других галактик, открыл большое число переменных звёзд в шаровых звёздных скоплениях, исследовал строение галактики Млечный Путь;
- Эрнст Эпик (1893 – 1985), эстонский астроном-астрофизик, исследовал спиральные туманности;
- Эдвин Хаббл (1889 – 1953), американский астрофизик, проводил масштабные исследования галактик.
Астрономическая наука развивалась с древнейших времён посредством наблюдений за небосводом. На основании этих наблюдений учёные старались понять, как устроена Вселенная.
В основу понимания устройства Вселенной легла следующая цепь логических рассуждений: Луна вращается вокруг Земли и составляет систему планета – спутник, другие большие планеты Солнечной системы также имеют свои спутники и также формируют системы планета – спутники; далее планета Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца и образуют Солнечную систему; отсюда появляется вопрос: входит ли Солнце вместе с планетами Солнечной системы в систему большего размера?
Уильям Гершель первым из учёных провёл систематическое научное исследование данного вопроса. Он занимался подсчётом звёзд в различных областях неба. На основании своих астрономических наблюдений У. Гершель открыл на небосводе большой круг, который делит небо на две части, равные между собой. Количество звёзд, расположенных на этом круге, оказывается наибольшим.
Следующим важным научным выводом из наблюдений У. Гершеля было положение – участок неба, расположенный ближе к этому кругу, имеет большее число звёзд, а с отдалённостью число звёзд уменьшается. Открытый Уильямом Гершелем большой круг позднее получил название галактического экватора. И наиболее важный вывод – именно на этом круге лежит галактика Млечный Путь, а созерцаемые звёзды образуют гигантскую систему, и эта система является сплюснутой в направлении экватора Галактики.
Немецкий философ Иммануил Кант также внес вклад в концепцию понимания устройства Вселенной. Он выдвинул предположение, что отдельные туманности могут быть галактиками, такими как Млечный путь.
Данная идея Канта получила окончательное доказательство в 20-е годы 20 века. В это время два выдающихся учёных-астрофизика Эрнст Эпик и Эдвин Хаббл смогли измерить расстояние до некоторых туманностей, имеющих форму спирали, и, что самое важное – доказали, что данные космические объекты слишком удалены и поэтому не могут являться частью галактики Млечный Путь.
Расположение Солнечной системы, Солнца и Земли в Галактике Млечный путь
Схема расположения Солнца в галактике Млечный / Wikimedia CommonsАстрофизики в процессе изучения нашей галактики сделали предположительную оценку расстояния от нашей звезды Солнце до галактической перемычки. Оно приблизительно равно 3,5х104 световых года.
Последние астрономические данные показали, что Солнце отстоит от галактического центра приблизительно на расстоянии, равном 2,7х104 световых года.
Разница в числовых данных указала учёным на однозначный вывод – Солнце расположено ближе к краю галактического диска, чем к центру галактики.
Солнце является звездой (жёлтый карлик), входящей во множество других звёзд нашей галактики. И вместе с ними наша звезда движется вокруг галактического центра со скоростью от 220 до 240 км/с и при этом совершает полный оборот приблизительно за время, равное 200 000 000 лет.
Нетрудно подсчитать, что планета Земля за время своего существования сделала не более 30 полных оборотов вокруг центра Млечного Пути.
Галактика Млечный Путь имеет спиралевидные рукава, два из которых учёным удалось отследить на расстоянии около 3 000 световых лет от Солнца. Участки эти галактических рукавов наблюдаются в двух созвездиях, по названиям которых и были наименованы рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце расположено между этими спиральными ветвями почти посередине.
Кроме этих двух рукавов (Стрельца и Персея) около нашей Солнечной системы проходит ещё один – рукав Ориона. Этот галактический рукав не столь чётко выражен, как два других и считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Млечного Пути.
Учёными установлено, что в спиральных рукавах Галактики происходят очень бурные процессы, следствием которых является мощнейшее излучение, несущее гибель любому живому организму. Земная атмосфера не может защитить от такой радиации.
Но Земля расположена в относительно спокойном месте Млечного Пути и за время своего существования не была подвергнута воздействию, губительному для всего живого.
Возможно, именно вследствие этого на планете Земля зародилась жизнь и существуют условия, благоприятные для её продолжения.
Окрестности
Карта Млечного Пути и галактик-спутников. Изображение: Richard Powell / Wikimedia Commons,Помимо изучения самой галактики Млечный Путь, интересным представляется исследование окрестностей нашей звездной системы.
На данном этапе исследования Галактики основной задачей учёных при изучении окрестностей Млечного пути является обнаружение других, карликовых галактик, которые могли бы быть связаны с нашей.
Вначале астрофизики пытаются получить данные о спутниках Млечного Пути. Такие данные были получены и астрофизики открыли 9 новых спутников нашей галактики в 2015 году.
Также изучается вопрос, связанный с карликовыми галактиками, которые могли бы быть поглощены нашей галактикой. К таким относится, например, галактика Омега Центавра – шаровое звёздное скопление в созвездии Центавр, одно из самых близких к Земле и самое крупное из известных.
Исследования, нацеленные на поиск новых галактик-спутников Млечного Пути, активно продолжаются.
Развитие Галактики и ее будущее
В настоящее время наука обладает определёнными знаниями об эволюции нашей галактики. Следующие события относительно генезиса (зарождения и развития) таковы:
- Более десяти миллиардов лет назад Млечный Путь столкнулся с галактикой, носящей название Кракен.
- Через некоторое время после первого события случилось столкновение и слияние Млечного Пути и большой галактики Гайя-Энцелад, Результатом этого стало образование дутого толстого диска Млечного Пути.
- Исследователи только предполагают, что десять миллиардов лет назад с галактикой Млечный Путь могла столкнуться галактика, считающаяся прародителем системы Inner Galaxy Structure (IGS). Вывод основан на том, что в гало Млечного Пути треть звёзд принадлежит этой системе.
- Астрономы определили, что за время существования Млечного Пути произошло не менее двенадцати коллизий между нашей галактикой и иными.
Об эволюционных перспективах нашей звёздной системы учёные делают следующие предположения:
- Существует вероятность коллизии нашей галактики с другими галактиками и даже с крупной галактикой Андромеда. Но на текущее время более точные предсказания сделать нельзя, так как учёные не способны пока определить скорость галактик, с которыми может столкнуться Млечный Путь.
- В 2014 году астрономы представили эволюционную модель будущего Млечного Пути.
По этой модели спустя четыре миллиарда наша галактика сойдётся в столкновении с Большим и Малым Магеллановыми Облаками. А затем спустя один миллиард после этого события Млечный Путь будет поглощён галактикой Туманность Андромеды.
Сейчас у человечества немало о нашей галактике Млечный Путь. Однако очевидно, что эти знания лишь небольшая крупица в бесконечном пространстве знаний, таком же бескрайнем, как и наша Вселенная.
Видео
Млечный путь HD» src=»https://www.youtube.com/embed/Z0LL811iD1I?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»/>Пришелец Инопланетянович
Если не оставишь коммент, то я приду за тобой!!!
Оставить коммент
Почему у Млечного Пути спиральные рукава? Новые данные Gaia помогают решить загадку
Карта Млечного Пути меняется благодаря недавним выпускам данных европейской миссии Gaia. (Изображение предоставлено НАСА JPL)Новые данные со спутника Gaia для составления звездных карт помогают ученым раскрыть тайну спиральных рукавов нашей галактики Млечный Путь.
Недавно опубликованные исследования , посвященные выпуску ранних данных 3 (EDR3), набору наблюдений, предоставленному научному сообществу в декабре прошлого года, раскрывают спиральную структуру нашей галактики с большей точностью и подробностью, чем это было возможно раньше.
С 1950-х годов астрономам известно, что наша галактика Млечный Путь выглядит как спираль с несколькими плотными потоками звезд и пыли, исходящими из галактического центра, извивающимися через галактический диск и растворяющимися по его краям. Однако ученые изо всех сил пытались понять, сколько существует этих потоков и что их создало.
«Проблема нашей галактики в том, что мы находимся внутри ее диска, и поэтому очень сложно понять структуру в целом», — Элеонора Зари, ученый из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия, и автор одной из новых документов, сказал Space.com. «Это как быть в лесу и смотреть по сторонам. В какой-то момент деревья стоят друг напротив друга. К тому же в лесу немного туманно, так что вы действительно не можете видеть, как выглядит весь лес».
Похожие: Посмотрите виртуальную карту Млечного Пути с европейского космического корабля Gaia из почти двух миллиардов звезд. Первые две партии данных, полученных с помощью космического корабля, которые были предоставлены научному сообществу в 2016 и 2018 годах, произвели революцию в изучении нашей галактики. В дополнение к фиксированным позициям космический аппарат также измеряет скорость движения звезд в трехмерном пространстве, что позволяет астрономам моделировать эволюцию Млечного Пути в прошлом и будущем.
Последний выпуск данных, EDR3, повышает точность предыдущих наборов данных. И именно эта точность позволяет астрономам с большей точностью отделять спиральные рукава от остальных звезд на галактическом диске.
Где оружие?
«Мы определяем расстояние до звезд по величине, называемой параллаксом», — сказал Зари. «И это измерение параллакса в последней версии стало на 20% лучше. Это означает, что звезды, которые раньше мы могли видеть как часть одной и той же структуры, теперь явно принадлежат к разным структурам».
Параллакс — это видимое движение звезды на фоне более далеких звезд, когда Земля вращается вокруг Солнца. Измеряя изменение угла между звездой и Землей из двух противоположных точек на орбите планеты, астрономы могут рассчитать расстояние до звезды с помощью простой тригонометрии.
В одной новой статье Зари и ее коллеги рассмотрели скопление горячих ярких голубых звезд, называемых звездами типа OBA, в диске Млечного Пути. В областях, где они могли видеть концентрацию этих звезд выше средней, они могли предположить существование спирального рукава. Затем они сравнили свой анализ с ранее разработанными моделями галактики.
«Положение спиральных рукавов отличается, а также сила спиральных рукавов, насколько они яркие, — сказала Зари.
Известно, что Млечный Путь имеет два основных спиральных рукава: рукав Персея и рукав Щита-Центавра. В нашей галактике также есть два менее выраженных рукава, или шпоры, называемые Стрельцом и Местным рукавом (проходящим близко к Солнцу).
Но в исследовании Зари разница между руками не кажется такой уж очевидной.
«Рукав Персея кажется менее ярким, вместо этого Местный рукав более заметен», — сказала она. «Как и две другие руки — Стрелец и Щит Центавра — по крайней мере, в моем кабинете они имеют примерно одинаковую яркость».
Ученые могут предсказать будущее движение звезд Млечного Пути на основе данных Gaia. (Изображение предоставлено ESA)Коллега Зари Элоиза Поджо изучила концентрации 600 000 молодых звезд , чтобы определить точное положение спиральных рукавов. Молодые звезды особенно ценны при изучении спиральных рукавов, объяснил Поджо, потому что считается, что спиральные рукава с их плотной концентрацией пыли и газа формируют большинство из звезд .
«Мы рассчитали для каждой позиции на диске, была ли эта область более или менее населенной по сравнению со средним значением», — сказал Поджо Space.com. «Используя этот подход, мы смогли построить карту спиральных рукавов в области, которую наносит на карту Gaia, то есть около 16 000 световых лет вокруг Солнца».
Когда исследователи сравнили свою карту галактики с предыдущими моделями, они обнаружили, что рукав Персея, один из двух доминирующих рукавов, находится дальше от центра галактики в изучаемой области. Короткая локальная рука оказалась намного длиннее, чем ожидалось в предыдущих моделях.
Поджо использовал данные Gaia для составления карты областей Млечного Пути с более высокой концентрацией молодых звезд. (Изображение предоставлено Poggio et al.)Как формируются руки?
Астрономы также все еще размышляют о происхождении этих рукавов и их долговечности. Некоторые более ранние теории предполагали, что форма рукавов каким-то образом фиксирована и вращается вокруг галактического центра в течение длительного периода времени, в то время как отдельные звезды, вращающиеся со своими собственными скоростями, движутся в этой форме и из нее.
Эта так называемая теория волн плотности, однако, оспаривается последними открытиями, сделанными миссией Gaia. Сейчас многие ученые считают, что спиральные рукава вообще могут быть не зафиксированы. Вместо этого они могут временно образоваться в результате вращения галактического диска, а затем раствориться и снова сформироваться в другой конфигурации.
Чтобы выяснить, какая из теорий верна, Альфред Кастро из Лейденского университета в Нидерландах изучил так называемые рассеянные скопления, группы из тысяч молодых звезд, рожденных из одного облака газа и пыли. Из-за своего юного возраста эти звезды все еще находятся недалеко от места своего рождения, то есть в пределах спиральных рукавов. Кастро предположил, что если бы новые теории были верны, количество молодых рассеянных скоплений в спиральных рукавах было бы выше, чем количество старых рассеянных скоплений. И это именно то, что показали данные.
«В данных я увидел, что спиральная структура, кажется, содержит более молодое население звезд, но исчезает, если вы посмотрите на более старые звезды», — сказал Кастро Space.com. «Мы видим, что скорость вращения формы более или менее похожа на скорость вращения звезд и меняется в зависимости от радиуса к галактическому центру. Форма и звезды не могут быть отделены друг от друга, а значит, мы не можем иметь глобальную форму, которая представляла бы собой спиральные рукава, а затем звезды, входящие и выходящие из них, как предполагает теория волн плотности».
Согласно анализу Кастро, спиральные рукава могут существовать от 80 до 100 миллионов лет, что является небольшой долей времени из 13 миллиардов лет жизни нашей галактики.
Что дало Млечному Пути спиральные рукава?
В будущем, надеется Поджио, ученые смогут выяснить, почему эти спиральные рукава в Млечном Пути вообще существуют. В то время как некоторые теории предполагают, что этот вихрь звездных потоков, возможно, родился после того, как другая, меньшая галактика врезалась в Млечный Путь, другие считают, что он возник естественным образом в результате вращения галактического диска.
«Мы ожидаем, что увидим разные признаки в движении звезд, если спиральные рукава были вызваны внешним воздействием», — сказал Поджо. «Будущие выпуски данных Gaia дадут нам больше информации о движении звезд в большей части галактического диска, и мы надеемся, что сможем что-то там найти».
Ожидается, что следующая партия данных Gaia, полная версия данных 3, будет доступна ученым во всем мире примерно в середине 2022 года. Gaia, одна из самых продуктивных миссий в истории (по количеству научных работ), будет продолжать сканировать небо до 2025 года. Обширные каталоги звездных положений, движений и скоростей, которые он создает, займут астрономов на десятилетия вперед. .
Статьи Поджо, Кастро и Зари были опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics в июле.
Следите за новостями Терезы Пултаровой в Твиттере @TerezaPultarova. Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom и на Facebook .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Тереза — лондонский журналист, работающий в области науки и техники, начинающий писатель-фантаст и гимнастка-любитель. Родом из Праги, Чешская Республика, она провела первые семь лет своей карьеры, работая репортером, сценаристом и ведущей различных телепрограмм Чешского общественного телевидения. Позже она сделала перерыв в карьере, чтобы продолжить образование, и добавила степень магистра естественных наук Международного космического университета во Франции к степени бакалавра журналистики и магистра культурной антропологии Карлова университета в Праге. Она работала репортером в журнале Engineering and Technology, работала внештатным сотрудником в ряде изданий, включая Live Science, Space.com, Professional Engineering, Via Satellite and Space News, а также работала научным редактором в Европейском космическом агентстве.
Как наша галактика Млечный Путь приобрела спиральную форму?
Магнитные поля в NGC 1086 или M77 показаны в виде линий тока на составном изображении галактики в видимом свете и рентгеновском излучении, полученном космическим телескопом Хаббла, ядерным спектроскопическим массивом и Слоановским цифровым обзором неба. Магнитные поля выравниваются по всей длине массивных спиральных рукавов — 24 000 световых лет в поперечнике (0,8 килопарсека) — это означает, что гравитационные силы, создавшие форму галактики, также сжимают магнитное поле галактики. Это подтверждает ведущую теорию о том, как спиральные рукава вынуждены принимать свою культовую форму, известную как «теория волн плотности». SOFIA изучала галактику с помощью дальнего инфракрасного света (89микрон), чтобы выявить грани его магнитных полей, которые не могли обнаружить предыдущие наблюдения с использованием видимых и радиотелескопов. Авторы и права: НАСА/СОФИА; NASA/JPL-Caltech/Roma Tre Univ.Вопрос, который долгое время озадачивал ученых, заключается в том, как наша галактика Млечный Путь, имеющая элегантную спиралевидную форму с длинными рукавами, приняла такую форму.
Ассоциация космических исследований университетов сегодня объявила, что новые наблюдения за другой галактикой проливают свет на то, как спиральные галактики, такие как наша, приобретают свою культовую форму.
Согласно исследованию Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии (SOFIA), магнитные поля играют важную роль в формировании этих галактик. «Магнитные поля невидимы, но они могут влиять на эволюцию галактики», — сказал доктор Энрике Лопес-Родригес, ученый Ассоциации космических исследований университетов в Научном центре SOFIA в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине в Калифорнии. «Мы довольно хорошо понимаем, как гравитация влияет на галактические структуры, но мы только начинаем изучать роль, которую играют магнитные поля».
Магнитные поля в спиральной галактике выровнены со спиральными рукавами по всей галактике — более 24 000 световых лет в поперечнике. Выравнивание магнитного поля с формированием звезд подразумевает, что гравитационные силы, создавшие спиральную форму галактики, также сжимают магнитное поле. Выравнивание поддерживает ведущую теорию о том, как рукава вынуждены принимать свою спиральную форму, известную как «теория волн плотности».
Ученые измерили магнитные поля вдоль спиральных рукавов галактики под названием NGC 1068 или M77. Поля показаны как линии тока, которые близко следуют вращающимся рукавам.
Галактика M77 расположена в 47 миллионах световых лет от Земли в созвездии Кита. В его центре находится сверхмассивная активная черная дыра, которая в два раза массивнее черной дыры в сердце нашей галактики Млечный Путь. Вращающиеся рукава заполнены пылью, газом и областями интенсивного звездообразования, называемыми звездообразованиями.
Инфракрасные наблюдения SOFIA показывают то, что не может человеческий глаз: магнитные поля, которые близко следуют за спиральными рукавами, заполненными новорожденными звездами. Это подтверждает ведущую теорию о том, как эти рукава принимают свою культовую форму, известную как «теория волн плотности». В нем говорится, что пыль, газ и звезды в рукавах не закреплены на месте, как лопасти вентилятора. Вместо этого материал движется вдоль рычагов под действием силы тяжести, сжимая его, как предметы на конвейерной ленте.
Выравнивание магнитного поля простирается по всей длине массивных рукавов — примерно 24 000 световых лет в поперечнике. Это означает, что гравитационные силы, создавшие спиральную форму галактики, также сжимают ее магнитное поле, что подтверждает теорию волн плотности. Результаты опубликованы в Astrophysical Journal .
«Впервые мы видим, что магнитные поля в таких больших масштабах выровнены с текущим рождением звезды в спиральных рукавах», — сказал Лопес-Родрикес. «Всегда интересно получать такие данные наблюдений от SOFIA, которые поддерживают теории».
Известно, что небесные магнитные поля трудно наблюдать. Новейший инструмент SOFIA, бортовая широкополосная камера высокого разрешения-Plus или HAWC+, использует дальний инфракрасный свет для наблюдения за частицами небесной пыли, которые выстраиваются перпендикулярно линиям магнитного поля. Из этих результатов астрономы могут сделать вывод о форме и направлении невидимого иначе магнитного поля. Дальний инфракрасный свет предоставляет ключевую информацию о магнитных полях, поскольку сигнал не искажается излучением других механизмов, таких как рассеянный видимый свет и излучение высокоэнергетических частиц. Способность SOFIA изучать галактику в дальнем инфракрасном диапазоне, особенно на 89микронной длины волны, выявил ранее неизвестные грани его магнитных полей.
Дальнейшие наблюдения, подобные этим из SOFIA, необходимы, чтобы понять, как магнитные поля влияют на формирование и эволюцию других типов галактик, например галактик неправильной формы.
Исследовать дальше
Магнитное поле может удерживать черную дыру Млечного Пути в покое
Дополнительная информация: «SOFIA/HAWC+ Traces the Magnetic Fields in NGC 1068», E. Lopez-Rodriguez et al., 2019, для публикации в Astrophysical Journal , arxiv.org/abs/1907.06648
Информация журнала: Астрофизический журнал
Предоставлено USRA
Цитата : Как наша галактика Млечный Путь приобрела спиральную форму? (2019, 14 декабря) получено 7 октября 2022 г. с https://phys.org/news/2019-12-milky-galaxy-spiral.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Галактика Млечный Путь | Размер, определение и факты
Самые популярные вопросы
Почему галактику Млечный Путь называют галактикой?
Галактика Млечный Путь получила свое название от Млечного Пути, неправильной светящейся полосы звезд и газовых облаков, которая простирается по небу, если смотреть с Земли.
Насколько велика Галактика Млечный Путь?
Первое достоверное измерение размеров Галактики Млечный Путь было сделано в 1917 году американским астрономом Харлоу Шепли. Предполагая, что шаровые скопления очерчивают Галактику, он определил, что ее диаметр составляет около 100 000 световых лет. Его ценности удивительно хорошо сохранились на протяжении многих лет.
Земля находится в центре галактики Млечный Путь?
Солнечная система находится примерно в 30 000 световых лет от центра Галактики Млечный Путь. Считается, что сама Галактика имеет диаметр около 100 000 световых лет.
Сводка
Прочтите краткий обзор этой темы
Млечный Путь Галактика , крупная спиральная система, состоящая из нескольких сотен миллиардов звезд, одна из которых — Солнце. Он получил свое название от Млечного Пути, неправильной светящейся полосы звезд и газовых облаков, которая простирается по небу, если смотреть с Земли. Хотя Земля находится внутри Галактики Млечный Путь (иногда называемой просто Галактикой), астрономы не имеют такого полного понимания ее природы, как некоторые внешние звездные системы. Толстый слой межзвездной пыли закрывает большую часть Галактики от наблюдения оптическими телескопами, и астрономы могут определить ее крупномасштабную структуру только с помощью радио- и инфракрасных телескопов, которые могут обнаруживать формы излучения, проникающие сквозь заслоняющее вещество.
В этой статье обсуждаются структура, свойства и составные части Галактики Млечный Путь. Для подробного обсуждения космической вселенной, лишь небольшой частью которой является Галактика, см. космология. Для звездной системы в Галактике, которая является домом Земли, см. Солнечную систему .
Основные компоненты Галактики
Хотя большинство звезд в Галактике существуют либо в виде одиночных звезд, таких как Солнце, либо в виде двойных звезд, существует много заметных групп и скоплений звезд, которые содержат от десятков до тысяч членов. Эти объекты можно разделить на три типа: шаровые скопления, рассеянные скопления и звездные ассоциации. Отличаются они, прежде всего, возрастом и количеством звезд-членов.
Самыми большими и массивными звездными скоплениями являются шаровые скопления, названные так из-за их почти сферической формы. Галактика содержит более 150 шаровых скоплений (точное число неизвестно из-за затемнения пылью в полосе Млечного Пути, что, вероятно, мешает увидеть некоторые шаровые скопления). Они образуют почти сферический ореол вокруг Млечного Пути, с относительно небольшим числом в галактической плоскости, но высокой концентрацией в центре. Радиальное распределение, построенное как функция расстояния от центра галактики, соответствует математическому выражению, форма которого идентична той, что описывает распределение звезд в эллиптических галактиках.
Викторина «Британника»
Космическая одиссея
«Далеко». «Космический». «Не от мира сего». Возможно, вы слышали сленг, но много ли вы знаете о космосе… кадет? Запустите эту викторину и начните свое путешествие по планетам и вселенной.
Шаровые скопления — чрезвычайно яркие объекты. Их средняя светимость эквивалентна примерно 25 000 солнц. Самые светящиеся в 50 раз ярче. Массы шаровых скоплений, измеренные путем определения дисперсии скоростей отдельных звезд, колеблются от нескольких тысяч до более чем 1 000 000 солнечных масс. Скопления очень большие, диаметром от 10 до 300 световых лет. Большинство шаровых скоплений сильно сконцентрированы в своих центрах, имея звездное распределение, напоминающее изотермические газовые сферы с отсечкой, соответствующей приливным эффектам Галактики. Точная модель распределения звезд внутри скопления может быть получена из звездной динамики, которая учитывает типы орбит, которые звезды имеют в скоплении, встречи между этими звездами-членами и эффекты внешних воздействий. Американский астроном Иван Р. Кинг, например, вывел динамические модели, которые очень точно соответствуют наблюдаемому звездному распределению. Он обнаружил, что структуру скопления можно описать двумя числами: (1) радиусом ядра, который измеряет степень концентрации в центре, и (2) приливным радиусом, который измеряет предел плотности звезд на краю. кластера.
Ключевой отличительной чертой шаровых скоплений в Галактике является их равномерно стареющий возраст. Определенный путем сравнения звездного населения шаровых скоплений с моделями звездной эволюции, возраст всех измеренных до сих пор колеблется от 11 миллиардов до 13 миллиардов лет. Это самые старые объекты в Галактике, а значит, они должны были сформироваться одними из первых. На то, что это имело место, указывает также тот факт, что шаровые скопления, как правило, имеют гораздо меньшее количество тяжелых элементов, чем звезды в плоскости Галактики, например Солнце. Состоит из звезд, принадлежащих к экстремальному населению II ( см. ниже Звезды и звездное население), а также звезды высокоширотного гало, эти почти сферические скопления, по-видимому, образовались до того, как вещество Галактики сплющилось в нынешний тонкий диск. По мере эволюции составляющих их звезд они отдавали часть своего газа в межзвездное пространство. Этот газ был обогащен тяжелыми элементами (т. е. элементами тяжелее гелия), образующимися в звездах на более поздних стадиях их эволюции, так что межзвездный газ в Галактике постоянно изменяется. Водород и гелий всегда были основными составляющими, но значение тяжелых элементов постепенно возрастало. Нынешний межзвездный газ содержит элементы тяжелее гелия на уровне около 2 процентов по массе, в то время как шаровые скопления содержат всего 0,02 процента тех же элементов.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подписаться сейчас
Скопления меньшего размера и менее массивные, чем шаровые скопления, находятся в плоскости Галактики вперемешку с большинством звезд системы, включая Солнце. Эти объекты называются рассеянными скоплениями, названными так потому, что они обычно имеют более открытый, рыхлый вид, чем типичные шаровые скопления.
Рассеянные скопления распределены в Галактике очень похоже на молодые звезды. Они сильно сконцентрированы вдоль плоскости Галактики и медленно уменьшаются в числе по мере удаления от ее центра. Крупномасштабное распределение этих скоплений невозможно узнать напрямую, потому что их существование в плоскости Млечного Пути означает, что пыль закрывает те, которые находятся на расстоянии более нескольких тысяч световых лет от Солнца. По аналогии с рассеянными скоплениями во внешних галактиках, подобных Галактике, предполагается, что они следуют общему распределению интегрального света в Галактике, за исключением того, что в центральных областях их, вероятно, меньше. Есть некоторые свидетельства того, что более молодые рассеянные скопления более плотно сконцентрированы в спиральных рукавах Галактики, по крайней мере, в окрестностях Солнца, где эти рукава можно различить.
Самые яркие рассеянные скопления значительно слабее самых ярких шаровых скоплений. Пиковая абсолютная светимость, по-видимому, примерно в 50 000 раз превышает светимость Солнца, но самый большой процент известных рассеянных скоплений имеет яркость, эквивалентную 500 солнечным светимостям. Массы можно определить по дисперсии измеренных скоростей отдельных звездных членов скоплений. Большинство рассеянных скоплений имеют небольшие массы порядка 50 масс Солнца. Их общая популяция звезд невелика, от десятков до нескольких тысяч.
Рассеянные скопления имеют диаметр всего от 2 или 3 до примерно 20 световых лет, при этом размер большинства из них составляет менее 5 световых лет. По структуре они сильно отличаются от шаровых скоплений, хотя их можно понять с точки зрения схожих динамических моделей. Важнейшим структурным отличием является их небольшая общая масса и относительная рыхлость, обусловленные сравнительно большими радиусами ядра. Эти две особенности имеют катастрофические последствия в том, что касается их конечной судьбы, потому что рассеянные скопления недостаточно гравитационно связаны, чтобы быть в состоянии противостоять разрушительным приливным эффектам в Галактике (9).0095 см. звездное скопление : рассеянные скопления). Судя по выборке рассеянных скоплений в пределах 3000 световых лет от Солнца, только половина из них может выдерживать такие приливные силы более 200 миллионов лет, и всего 2 процента имеют продолжительность жизни до 1 миллиарда лет.
Измеренный возраст рассеянных скоплений согласуется с выводами, сделанными в отношении ожидаемой продолжительности их жизни. Как правило, это молодые объекты; известно, что лишь немногие из них имеют возраст более 1 миллиарда лет. Большинство из них моложе 200 миллионов лет, а некоторым — 1 или 2 миллиона лет. Возраст рассеянных скоплений определяется путем сравнения их звездной принадлежности с теоретическими моделями звездной эволюции. Поскольку все звезды в скоплении имеют почти одинаковый возраст и химический состав, различия между звездами-членами полностью являются результатом их разных масс. По прошествии времени после образования скопления массивные звезды, которые эволюционируют быстрее всего, постепенно исчезают из скопления, становясь белыми карликами или другими неяркими звездными остатками. Теоретические модели скоплений показывают, как этот эффект изменяет звездный состав во времени, а прямые сравнения с реальными скоплениями дают для них достоверные возрасты. Чтобы сделать это сравнение, астрономы используют диаграмму (диаграмма цвет-величина), которая отображает температуру звезд в зависимости от их светимости. Диаграммы цвет-величина были получены для более чем 1000 рассеянных скоплений, поэтому для этой большой выборки известен возраст.
Поскольку рассеянные скопления — это в основном молодые объекты, их химический состав соответствует обогащенной среде, из которой они образовались. Большинство из них по обилию тяжелых элементов подобны Солнцу, а некоторые даже богаче. Например, Гиады, составляющие одно из ближайших скоплений, содержат почти в два раза больше тяжелых элементов, чем Солнце. В 1990-х годах стало возможным обнаружить очень молодые рассеянные скопления, которые ранее были полностью скрыты в глубоких пыльных регионах. Используя инфракрасные детекторы, астрономы обнаружили, что многие молекулярные облака содержат очень молодые группы звезд, которые только что сформировались, а в некоторых случаях все еще формируются.
Даже более молодые, чем рассеянные скопления, звездные ассоциации представляют собой очень свободные группы молодых звезд, которые имеют общее место и время происхождения, но, как правило, недостаточно тесно связаны друг с другом гравитационно, чтобы сформировать стабильное скопление. Звездные ассоциации строго ограничены плоскостью Галактики и появляются только в тех областях системы, где происходит звездообразование, особенно в спиральных рукавах. Это очень светящиеся объекты. Самые яркие даже ярче самых ярких шаровых скоплений, но это не потому, что они содержат больше звезд; вместо этого это результат того факта, что составляющие их звезды намного ярче, чем звезды, составляющие шаровые скопления. Самые яркие звезды в звездных ассоциациях — это очень молодые звезды спектральных классов О и В. Их абсолютная светимость не уступает по яркости любой звезде Галактики — порядка миллиона раз превышает светимость Солнца. У таких звезд очень короткое время жизни, всего несколько миллионов лет. Светящихся звезд этого типа не требуется очень много, чтобы составить очень яркую и заметную группу. Суммарные массы звездных ассоциаций составляют всего несколько сотен масс Солнца, а население звезд исчисляется сотнями, а в отдельных случаях и тысячами.
Размеры звездных ассоциаций большие; средний диаметр таковых в Галактике составляет около 250 световых лет. Они настолько велики и рыхло структурированы, что их собственной гравитации недостаточно, чтобы удержать их вместе, и в течение нескольких миллионов лет члены рассеиваются в окружающем пространстве, становясь отдельными и не связанными звездами в галактическом поле.
Эти объекты представляют собой группы звезд, которые имеют общие измеримые движения. Иногда они не образуют заметного скопления. Это определение позволяет применять этот термин к целому ряду объектов от ближайших гравитационно связанных скоплений до групп широко распространенных звезд без очевидной гравитационной идентичности, которые обнаруживаются только путем поиска в каталогах звезд общего движения. Среди самых известных движущихся групп — Гиады в созвездии Тельца. Эта система, также известная как движущееся скопление Тельца или поток Тельца, включает в себя относительно плотное скопление Гиад вместе с несколькими очень удаленными элементами. Всего в ней около 350 звезд, в том числе несколько белых карликов. Его центр находится примерно в 150 световых годах от нас. Другие известные движущиеся звездные группы включают группы Большой Медведицы, Скорпиона-Центавра и Плеяды. Помимо этих удаленных организаций, исследователи наблюдали то, что кажется группами высокоскоростных звезд около Солнца. Одна из них, названная группой Groombridge 1830, состоит из ряда субкарликов и звезды RR Lyrae, в честь которой были названы переменные RR Lyrae.
Последние достижения в изучении движущихся групп повлияли на изучение кинематической истории звезд и на абсолютную калибровку шкалы расстояний Галактики. Подвижные группы оказались особенно полезными в отношении последних, потому что общность их движений позволяет астрономам точно определять (для более близких примеров) расстояние до каждого отдельного члена. Вместе с близкими параллаксными звездами параллаксы движущихся групп составляют основу шкалы галактических расстояний. Астрономы обнаружили, что движущееся скопление Гиады хорошо подходит для их целей: оно достаточно близко, чтобы можно было надежно применить метод, и в нем достаточно членов для определения точного возраста.
Одной из основных проблем использования движущихся групп для определения расстояния является выбор членов. В случае с Гиадами это было сделано очень осторожно, но не без серьезных разногласий. Члены движущейся группы (и ее фактическое существование) определяются степенью, в которой их движения определяют общую точку схождения на небе. Один из методов заключается в определении координат полюсов больших кругов, определяемых собственными движениями и положениями отдельных звезд. Положения полюсов будут определять большой круг, и один из его полюсов будет точкой схождения движущейся группы. Принадлежность звезд можно установить по критериям, применяемым к расстояниям полюсов собственного движения отдельных звезд от среднего большого круга. Надежность существования самой группы может быть измерена дисперсией точек большого круга относительно их среднего значения.
Поскольку радиальные скорости не использовались для предварительного выбора элементов, их можно впоследствии изучить, чтобы исключить другие нечлены. Окончательный список членов должен содержать очень мало нечленов — либо тех, кто, кажется, согласен с движением группы из-за ошибок наблюдения, либо тех, кто разделяет движение группы в настоящее время, но не связан с группой исторически.
Расстояния до отдельных звезд движущейся группы можно определить, если известны их лучевые скорости и собственные движения ( см. ниже Звездные движения) и если точное положение радианта определено. Если угловое расстояние звезды от радианта равно λ и если скорость всего скопления относительно Солнца равна V , то лучевая скорость звезды V r равна В r = В cos λ. Поперечная (или тангенциальная) скорость, Тл , равна Тл = В sin λ = 4,74 мк/ p , где p — параллакс звезды в угловых секундах. Таким образом, параллакс звезды определяется выражением p = 4,74 мк cot λ/ V r .
Ключом к получению достоверных расстояний с помощью этого метода является максимально точное определение точки схождения группы. Различные используемые методы (например, метод Шарлье) способны обеспечить высокую точность при условии, что сами измерения не содержат систематических ошибок. Для движущейся группы Тельца, например, было подсчитано, что точность параллакса для наиболее наблюдаемых звезд составляет порядка 3 процентов, исключая любые ошибки, связанные с систематическими проблемами собственных движений. Точность этого порядка была невозможна другими средствами, пока космический телескоп Hipparcos не смог измерить высокоточные звездные параллаксы для тысяч отдельных звезд.
Заметным компонентом Галактики является собрание больших, ярких, диффузных газообразных объектов, обычно называемых туманностями. Наиболее яркими из этих облачных объектов являются эмиссионные туманности, крупные комплексы межзвездного газа и звезд, в которых газ находится в ионизированном и возбужденном состоянии (с электронами атомов, возбужденными до более высокого, чем обычно, уровня энергии). Это состояние создается сильным ультрафиолетовым светом, излучаемым очень яркими горячими звездами, погруженными в газ. Поскольку эмиссионные туманности почти полностью состоят из ионизированного водорода, их обычно называют областями H II.
Области H II находятся в плоскости Галактики вперемешку с молодыми звездами, звездными ассоциациями и самыми молодыми из рассеянных скоплений. Это области, где недавно образовались очень массивные звезды, и многие из них содержат несконденсированный газ, пыль и молекулярные комплексы, обычно связанные с продолжающимся звездообразованием. Области H II сосредоточены в спиральных рукавах Галактики, хотя некоторые из них существуют между рукавами. Многие из них находятся на промежуточных расстояниях от центра Галактики Млечный Путь, причем наибольшее их количество находится на расстоянии 10 000 световых лет. Этот последний факт можно установить, даже несмотря на то, что области H II не могут быть ясно видны дальше нескольких тысяч световых лет от Солнца. Они испускают радиоизлучение характерного типа с тепловым спектром, указывающим на то, что их температура составляет около 10 000 кельвинов. Это тепловое радиоизлучение позволяет астрономам составить карту распределения областей H II в отдаленных частях Галактики.
Крупнейшие и ярчайшие области H II в Галактике соперничают по полной светимости с ярчайшими звездными скоплениями. Несмотря на то, что большая часть видимого излучения сосредоточена в нескольких дискретных эмиссионных линиях, общая видимая яркость наиболее ярких из них эквивалентна десяткам тысяч солнечных светимостей. Эти области H II также отличаются размерами: их диаметр составляет около 1000 световых лет. Обычно распространенные области H II, такие как туманность Ориона, имеют диаметр около 50 световых лет. Они содержат газ, общая масса которого колеблется от одной-двух масс Солнца до нескольких тысяч. Области H II состоят в основном из водорода, но они также содержат измеримые количества других газов. Гелий занимает второе место по распространенности, также встречаются большие количества углерода, азота и кислорода. Предварительные данные указывают на то, что отношение содержания более тяжелых элементов среди обнаруженных газов к водороду уменьшается по направлению от центра Галактики, тенденция, которая наблюдалась в других спиральных галактиках.
Газовые облака, известные как планетарные туманности, лишь внешне похожи на другие типы туманностей. Названные так потому, что меньшие разновидности почти напоминают планетарные диски, если смотреть в телескоп, планетарные туманности представляют собой стадию в конце звездного жизненного цикла, а не в начале. Распределение таких туманностей в Галактике отличается от распределения областей H II. Планетарные туманности относятся к промежуточной популяции и встречаются по всему диску и во внутреннем гало. В Галактике известно более 1000 планетарных туманностей, но многие из них можно упустить из виду из-за затемнения в области Млечного Пути.
Другой тип туманных объектов, обнаруженных в Галактике, представляет собой остатки газа, выброшенного из взорвавшейся звезды, образующей сверхновую. Иногда эти объекты выглядят как планетарные туманности, как в случае с Крабовидной туманностью, но они отличаются от последних по трем параметрам: (1) общей массой их газа (они включают большую массу, практически всю массу взрывающаяся звезда), (2) их кинематика (они расширяются с более высокими скоростями) и (3) их время жизни (они длятся меньше времени, чем видимые туманности). Наиболее известными остатками сверхновых являются те, что образовались в результате трех исторически наблюдаемых сверхновых: вспышки 1054 года, которая сделала Крабовидную туманность своим остатком; картина 1572 года, названная «Новой Тихо»; и 1604 г., названный Новой Кеплера. Эти и многие другие подобные им объекты в Галактике обнаруживаются в радиодиапазоне. Они выделяют радиоэнергию в почти плоском спектре из-за испускания излучения заряженными частицами, движущимися по спирали почти со скоростью света в магнитном поле, запутавшемся в газовом остатке. Генерируемое таким образом излучение называется синхротронным излучением и связано с различными типами бурных космических явлений помимо остатков сверхновых, как, например, радиогалактики.
Пылевые облака
Пылевые облака Галактики узко ограничены плоскостью Млечного Пути, хотя пыль очень низкой плотности можно обнаружить даже вблизи галактических полюсов. Пылевые облака на расстоянии от 2000 до 3000 световых лет от Солнца не могут быть обнаружены оптически, потому что промежуточные облака пыли и общий слой пыли скрывают более дальние виды. Основываясь на распределении пылевых облаков в других галактиках, можно сделать вывод, что часто они наиболее заметны внутри спиральных рукавов, особенно по внутреннему краю четко очерченных рукавов. Наиболее наблюдаемые пылевые облака вблизи Солнца имеют массу в несколько сотен солнечных масс и размеры в диапазоне от максимума около 200 световых лет до доли светового года. Самые маленькие, как правило, самые плотные, возможно, отчасти из-за эволюции: по мере сжатия пылевого комплекса он также становится более плотным и непрозрачным. Самые маленькие пылевые облака — это так называемые глобулы Бока, названные в честь голландско-американского астронома Барта Дж. Бока; эти объекты имеют диаметр около одного светового года и массу от 1 до 20 масс Солнца.
Более полную информацию о пыли в Галактике дают инфракрасные наблюдения. В то время как оптические приборы могут обнаруживать пыль, когда она заслоняет более удаленные объекты или когда она освещается очень близкими звездами, инфракрасные телескопы способны регистрировать длинноволновое излучение, которое излучают сами холодные пылевые облака. Полное обследование неба в инфракрасном диапазоне, проведенное в начале 1980-х годов беспилотной орбитальной обсерваторией, Инфракрасным астрономическим спутником (IRAS), выявило большое количество плотных пылевых облаков в Млечном Пути. Двадцать лет спустя космический телескоп Спитцер с большей чувствительностью, большим охватом длин волн и лучшим разрешением нанес на карту множество пылевых комплексов в Млечном Пути. В некоторых можно было увидеть массивные звездные скопления еще в процессе формирования.
Густые облака пыли в Млечном Пути можно изучать еще одним способом. Многие такие объекты содержат поддающееся обнаружению количество молекул, испускающих радиоизлучение на длинах волн, которые позволяют их идентифицировать и анализировать. В пылевых облаках обнаружено более 50 различных молекул, включая монооксид углерода и формальдегид, а также радикалы.
Звезды Галактики, особенно вдоль Млечного Пути, обнаруживают наличие общей всепроникающей межзвездной среды тем, как они постепенно исчезают с расстоянием. Это происходит в первую очередь из-за межзвездной пыли, которая затемняет и окрашивает звездный свет в красный цвет. В среднем звезды вблизи Солнца тускнеют в два раза на каждые 3000 световых лет. Таким образом, звезда, находящаяся на расстоянии 6000 световых лет в плоскости Галактики, будет казаться в четыре раза слабее, чем если бы не межзвездная пыль.
Еще один способ проявления межзвездной пыли — поляризация фонового звездного света. Пыль до некоторой степени выравнивается в пространстве, и это приводит к избирательному поглощению, так что для световых волн существует предпочтительная плоскость вибрации. Электрические векторы имеют тенденцию лежать преимущественно вдоль галактической плоскости, хотя есть области, где распределение более сложное. Вероятно, поляризация возникает из-за того, что пылинки частично выровнены галактическим магнитным полем. Если пылинки парамагнитны и действуют как магнит, то общее магнитное поле, хотя и очень слабое, может со временем выровнять пылинки короткой осью в направлении поля. Как следствие, направления поляризации звезд в разных частях неба позволяют построить направление магнитного поля в Млечном Пути.
Пыль сопровождается газом, который тонко рассеян среди звезд, заполняя пространство между ними. Этот межзвездный газ состоит в основном из водорода в его нейтральной форме. Радиотелескопы могут обнаружить нейтральный водород, потому что он излучает излучение на длине волны 21 см. Длина такой радиоволны достаточна для того, чтобы проникать сквозь межзвездную пыль, и поэтому ее можно обнаружить во всех частях Галактики. Большая часть того, что астрономы узнали о крупномасштабной структуре и движениях Галактики, была получена из радиоволн межзвездного нейтрального водорода. Расстояние до обнаруженного газа определить непросто. Во многих случаях необходимо использовать статистические аргументы, но скорости газа при сравнении со скоростями, найденными для звезд, и со скоростями, ожидаемыми на основе динамики Галактики, дают полезные ключи к пониманию местоположения различных источников водорода. радиоизлучение. Вблизи Солнца средняя плотность межзвездного газа равна 10 -21 г/см 3 , что эквивалентно примерно одному атому водорода на кубический сантиметр.
Еще до того, как они впервые обнаружили излучение нейтрального водорода в 1951 году, астрономы знали о межзвездном газе. Незначительные компоненты газа, такие как натрий и кальций, поглощают свет на определенных длинах волн и поэтому вызывают появление линий поглощения в спектрах звезд, лежащих за пределами газа. Поскольку линии, исходящие от звезд, обычно различны, можно различать линии межзвездного газа и измерять как плотность, так и скорость газа. Часто удается даже наблюдать эффекты нескольких концентраций межзвездного газа между Землей и фоновыми звездами и тем самым определять кинематику газа в разных частях Галактики.
Галактики-компаньоны
Узнайте о предсказанном столкновении Млечного Пути с галактикой Андромеды, что может произойти примерно через четыре миллиарда лет
Посмотреть все видео к этой статье Галактика.