То, что вещество во Вселенной не рассеяно, а сосредоточено в гигантских звездных скоплениях, ученые предполагали еще в XVIII веке (И. Кант, У. Гершель), но окончательно они убедились в этом лишь в начале XX века.
Звездные системы, связанные силами гравитации, называются галактиками.
Наше Солнце входит в состав галактики Млечный Путь (иначе нашу галактику обозначают словом с большой буквы - Галактика). Толщина нашей галактики составляет не более 1% от ее диаметра, то есть по форме она напоминает диск, а если еще точнее - две сложенные краями тарелки. Этот компонент Галактики так и называется - звездный диск . Диаметр диска - 30 килопарсек (100 000 световых лет), толщина – 1000 световых лет, а масса превышает массу Солнца в 150 миллиардов раз. Вдоль диска проходит темная полоса, которая представляет собой слой непрозрачной материи - межзвездной пыли и газа.
У диска Галактики нет чётко очерченной границы - так же как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. Однако в плоскости этого диска плотность звезд гораздо выше, чем вне его.
Галактический диск вращается вокруг своего центра. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Диск Галактики имеет спиральную структуру, которая и дала название этому типу звездных скоплений - спиральные галактики. Спирали представляют собой волны, распространяющиеся в сторону вращения диска Галактики, с постоянной угловой скоростью. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики с постоянной линейной скоростью. Поэтому угловая скорость вращения зависит от расстояния до центра, убывая по мере удаления от него. Скорость движения Солнца, которое находится на окраине Галактики, составляет 220-250 км/с.
В центре диска Галактики имеется утолщение - ядро диаметром 1300 парсек. Оно находится в созвездии Стрельца. В ядре очень высока концентрация звезд: звёздная плотность здесь в миллионы раз больше, чем в окрестностях Солнца. Но, несмотря на то, что в ядре сосредоточено так много звёзд, его долгое время не удавалось наблюдать, потому, что около плоскости симметрии Галактики находятся огромные темные облака пыли, поглощающие свет звёзд. Они закрывают от нас ядро Галактики. Поэтому его стало возможным изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которые поглощаются в меньшей степени. К слову сказать, изучение родной Галактики для нас затруднено еще и тем, что мы находимся внутри нее - снаружи любой объект изучать легче. Кроме того, Солнце находится в плоскости звездного диска: здесь высока плотность межзвездного вещества, и оно затрудняет наблюдения из-за поглощения света.
Кроме огромного количества звезд в центральной области Галактики наблюдается околоядерный газовый диск радиусом более 1000 световых лет, который состоит в основном из молекулярного водорода. В самом центре Галактики предполагают существование черной дыры массой около миллиона масс Солнца.
Второй компонент Галактики, который, собственно, определяет ее внешние размеры, имеет сферическую форму. Он называется гало . Радиус гало значительно больше размеров диска - он достигает нескольких сотен тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска.
Гало, как и диск, вращается вокруг центра Галактики, но с гораздо меньшей скоростью, так как звезды в пределах гало двигаются довольно беспорядочно.
Центральная часть гало - в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики - наиболее плотная, она называется балдж (от английского слова bulge , означающего “утолщение”, "вздутие" ).
Помимо одиночных звезд в Галактике встречаются звездные скопления. Их подразделяют на рассеянные скопления , шаровые скопления и звездные ассоциации .
Рассеянные звездные скопления встречаются вблизи галактической плоскости, где сконцентрированы скопления пыли и межзвездного газа. Сейчас известно более 1200 рассеянных скоплений, из них детально изучено 500. Самые известные среди них – Плеяды и Гиады в созвездии Тельца. Общее количество рассеянных скоплений в Галактике, возможно, достигает ста тысяч, каждое из них содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч звезд. Их масса невелика, и поэтому гравитационное поле не может долго сдерживать их в малом объеме пространства, поэтому за миллиарды лет рассеянные скопления распадаются.
Шаровые звездные скопления сильно выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд в них и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 парсек. На заре эволюции Галактики по ней скитались тысячи шаровых скоплений. Многие из них были разрушены в результате столкновений друг с другом или с галактическим центром. Сегодня шаровых скоплений в нашей Галактике осталось порядка 200, и находятся они в сферическом гало. Это старейшие образования в нашей Галактике - их возраст от 10 до 12 млрд. лет. Возраст звезд, входящих в состав шаровых скоплений, весьма солиден: они прошли длинный путь эволюции и стали нейтронными звездами или белыми карликами. Звезды в шаровых скоплениях движутся по своим орбитам вокруг центра скопления, а само скопление, в свою очередь, движется по орбите вокруг центра Галактики.
Третий тип скоплений - звездные ассоциации . Это группировки молодых звезд, так называемые ОВ-ассоциации. Они имеют протяженность от 15 до 300 парсек и содержат от нескольких десятков до нескольких сотен молодых звезд - горячих голубых гигантов и сверхгигантов. Поскольку гиганты ранних спектральных классов быстро проходят путь эволюции, то все звезды образовались в одно время и имеют небольшой возраст. Существуют также Т-ассоциации, содержащие переменные звезды, которые находятся на самых ранних этапах звездной эволюции.
Вдоль рукавов звездного диска сосредоточены самые молодые звезды (возрастом несколько десятков миллионов лет назад), рассеянные звездные скопления и ассоциации, а также плотные облака межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В спиральных ветвях чаще наблюдаются взрывы сверхновых звезд. Более старые звезды в спиральной галактике, подобные нашему Солнцу, располагаются как в рукавах, так и между ними, создавая довольно равномерное распределение звезд по диску. В отличие от гало, где проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Активное звездообразование в спиральных рукавах связано с более высокой плотностью вещества в них. Из-за этого возрастает среднее давление на облака газа, находящиеся в межзвездном пространстве. Когда газовое облако входит в более плотную часть спирального рукава, из-за повышения давления облако делится на более мелкие сгустки вещества, которые могут конденсироваться в звезды. В результате этого процесса внутри спиральных рукавов рождаются звезды. Таким образом, рукава представляют собой как бы гигантский космический инкубатор, в котором молодые звезды располагаются вблизи передней границы рукавов. Звезды галактического диска называют населением I типа.
Гало состоит в основном из очень старых, неярких небольших звезд, возникших на ранних стадиях эволюции Галактики - их возраст порядка 12 млрд. лет. Они расположены как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, включающих более миллиона звезд. Звезды сферической составляющей концентрируются к центру Галактики, и плотность вещества гало быстро падает с удалением от него. Звезды гало называют населением II типа.
Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В диске особенно много межзвездной пыли, с температурой 15–25 К, которая образовалась в результате жизнедеятельности звезд. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси железных и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03% полной массы Галактики, однако ее полная светимость составляет 30% от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне.
Анализ движения тел в Галактике показал, что ее масса должна быть на порядок больше той, которую мы определяем по видимым объектам. Значит, помимо гало, балджа и диска, с находящимися в них звездами и газом, есть огромные количества невидимого вещества, которое проявляет себя только в гравитационном взаимодействии, но не фиксируется никакими приборами. Его назвали темной материей. Диск и гало Галактики погружены в корону темной материи, размеры и масса которой в 10 раз больше, чем размеры диска и масса видимого вещества Галактики. Темная масса существует не только в нашей Галактике, но и в межгалактическом пространстве. Природа скрытой массы во Вселенной до сих пор неясна - мы все еще не знаем, из чего она состоит.
Солнечная система расположена в Галактике, которую иногда называют Млечный Путь. Астрономы договорились писать «нашу» Галактику с Большой буквы, а другие галактики, вне нашей звёздной системы — с маленькой буквы — галактики.
.jpg)
М31 — Туманность Андромеды
Все звёзды и другие объекты, которые мы видим невооружённым глазом, относятся к нашей Галактике. Исключением является Туманность Андромеды, которая является близкой родственницей и соседкой нашей Галактики. Именно наблюдая эту галактику, Эдвин Хаббл (в честь которого назван космический телескоп) смог «разрешить» её на отдельные звёзды в 1924 году. После чего отпали все сомнения по поводу физической природы этой и других галактик, наблюдаемых в виде размытых пятнышек — туманностей.
Наша Галактика имеет размер порядка 100-120 тысяч световых лет (световой год — расстояние, которое проходит свет за один земной год, примерно 9 460 730 472 580 км). Наша Солнечная система находится примерно в 27 000 световых годах от центра Галактики, в одном из спиральных рукавов, который называется «рукав Ориона». С середины 80-х годов XX века известно, что наша Галактика имеет перемычку в центре между спиральными рукавами. Как и другие звёзды, Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 240 км/с (у других звёзд другая скорость). За период порядка 200 млн. лет Солнце и планеты солнечной системы совершают полный оборот вокруг центра галактики. Этим объясняются некоторые феномены в геологической истории Земли, которая за время своего существования успела 30 раз обернуться вокруг центра Галактики.
.jpg)
Наша Галактика имеет форму сплющенного диска, если смотреть на неё сбоку. Однако, этот диск имеет неправильную форму. Два спутника нашей Галактики, Большое и Малое Магеллановы облака (в северном полушарии Земли не видны) действием своей гравитации искажают форму нашей Галактики.
Мы видим нашу Галактику изнутри, как если бы мы наблюдали детскую карусель, находясь на одной из карусельных лошадок. Те звёзды Галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в виде полосы неодинаковой ширины, которую мы называем Млечный путь. То, что Млечный Путь, известный ещё с древности, состоит из множества слабых звёзд, открыл в 1610 году Галилео Галилей, наведя свой телескоп на ночное небо.
Астрономы полагают, что наша Галактика имеет гало, которое мы не видим («тёмная материя»), но, которое включает в себя 90% массы нашей Галактики. Существование «тёмной материи» не только в нашей Галактике, но и во Вселенной следует из теорий, которые используют Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако, ещё не факт, что ОТО верна (есть и другие теории гравитации), поэтому у Галактического гало может быть и другое объяснение.
В нашей Галактике находится от 200 до 400 миллиардов звёзд. Это не много по меркам Вселенной. Есть галактики, содержащие триллионы звёзд, например, в галактике IC 1101 их примерно 300 триллионов.
10-15 % массы нашей Галактики составляет пыль и рассеянный межзвёздный газ (в основном, водород). Из-за пыли мы видим нашу Галактику на ночном небе, как Млечный Путь в виде светлой полосы. Если бы пыль не поглощала свет от других звёзд Галактики, мы бы видели яркое кольцо из миллиардов звёзд, особенно яркое в созвездии Стрельца, где находится центр Галактики. Однако, в других диапазонах электромагнитных волн ядро Галактики видно прекрасно, например, в радиодиапазоне (источник Стрелец А), инфракрасном и рентгеновском.
По предположениям учёных (опять же, связанных с ОТО) в центре нашей Галактики (и большинства других галактик) находится «чёрная дыра». Считается, что её масса примерно 40 000 масс Солнца. Движение вещества Галактики к её центру и создаёт то мощнейшее излучение из центра Галактики, которое наблюдают астрономы в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Мы не можем видеть Галактику сверху или сбоку, поскольку находимся внутри неё. Все изображения нашей Галактики со стороны — фантазия художников. Однако, мы достаточно хорошо представляем вид и форму Галактики, поскольку можем наблюдать другие спиральные галактики во Вселенной, похожие на нашу.
Возраст Галактики составляет примерно 13,6 миллиардов лет, что не намного меньше возраста всей Вселенной (13,7 млрд. лет) по оценкам учёных. Самые старые звёзды галактики находятся в шаровых скоплениях, именно по их возрасту вычисляют возраст Галактики.
.png)
Наша Галактика является частью более крупного объединения других галактик, называемого нами Местная группа галактик, куда входят спутники Галактики Большое и Малое Магеллановы облака, Туманность Андромеды (М 31, NGC 224), галактика в Треугольнике (М33, NGC598) и ещё примерно 50 других галактик. В свою очередь Местная группа галактик входит в Сверхскопление Девы, которое имеет размер 150 миллионов световых лет.
Это наша Галактика - Млечный Путь. Ей примерно 12 миллиардов лет. Галактика представляет собой огромный диск с гигантскими спиральными рукавами и утолщением в центре. В космосе таких галактик несчётное множество. - Прежде всего Галактика представляет собой крупное скопление звёзд. В среднем она насчитывает сотню миллиардов звёзд. Это настоящий звёздный инкубатор - место, где звёзды рождаются и где они умирают. Звёзды в галактике появляются в облаках пыли и газа, так называемых туманностях.
Перед нами «Столпы творения» в туманности Орла - звёздном инкубаторе в самом сердце Млечного Пути. Наша Галактика содержит миллиарды звёзд, многие из которых окружены планетами или лунами. Долгое время мы знали о галактиках совсем немного. Ещё сотню лет назад человечество считало, что Млечный Путь - единственная галактика. Учёные называли его «нашим островом во Вселенной». Другие галактики для них не существовали. Но в 1924 году астроном Эдвин Хаббл изменил общее представление. Хаббл наблюдал космос с помощью самого совершенного телескопа своего времени с диаметром линзы 254 сантиметра, расположенном в обсерватории Маунт-Вилсон близ Лос-Анджелеса. Глубоко в ночном небе он разглядел неясные клубы света, которые находились очень далеко от нас. Учёный пришёл к выводу, что это не единичные звёзды, а целые звёздные города, галактики далеко за пределами Млечного Пути. - Астрономы испытали настоящий пространственно-временной шок. Буквально за год мы переместились из Вселенной внутри Млечного пути во Вселенную из миллиардов таких галактик. Хаббл совершил одно из величайших открытий в астрономии. В космосе существует не одна галактика, а великое множество галактик. Наша Галактика имеет вихревую структуру, у неё есть два спиральных рукава, и она насчитывает около 160 миллионов звёзд. Галактика М 87 представляет собой гигантский эллипс. Это одна из старейших галактик во Вселенной, и звёзды в ней излучают золотистый свет.
А это галактика Сомбреро, в её центре имеется огромное светящееся ядро, окружённое кольцом газа и пыли. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Галактики великолепны. В каком-то смысле они представляют собой основную единицу Вселенной. Они подобны гигантским цевочным колёсам, которые вращаются в космосе. Это настоящие фейерверки, созданные самой природой. Галактики огромны - настоящие гиганты. На Земле расстояние меряют в километрах, в космосе астрономы используют единицу длины «световой год» - расстояние, проходимое светом за год. Оно примерно равно девяти с половиной триллионам километров. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Мы находимся в 25 тысячах световых лет от центра нашей Галактики, а её диаметр составляет 100 тысяч световых лет. Но даже с такими внушительными размерами она лишь малая крупинка на необъятных просторах космоса. Галактика Млечный Путь кажется нам огромной. Но по сравнению с другими галактиками Вселенной она достаточно мала. Наш ближайший галактический сосед - Туманность Андромеды - достигает в диаметре 200 тысяч световых лет, в 2 раза больше нашего Млечного Пути. М 87 - самая крупная эллиптическая галактика в ближайшем космическом пространстве. Она намного крупнее Андромеды, но по сравнению с другим гигантом М 87 кажется крошечной. IC 10 11 в ширину составляет 6 миллионов световых лет. Это самая крупная из известных галактик. Она в 60 раз крупнее Млечного Пути. Итак, мы знаем, что галактики огромны, они повсюду. Но откуда они взялись? - Одним из важнейших вопросов астрофизики является происхождение галактик. Мы до сих пор не имеем на него точного ответа. Вселенная началась с Большого взрыва, который произошёл примерно 13,7 миллиарда лет назад и представлял собой невероятно горячую, очень плотную фазу. Нам известно, что в то время не могло существовать ничего, подобного галактикам. Поэтому можно сказать, что они появились на рассвете Вселенной. Чтобы создать звёзды, нужна гравитация. Чтобы объединить звёзды в галактики, её нужно ещё больше. Первые звёзды появились спустя всего 200 миллионов лет после Большого взрыва. Затем гравитация стянула их вместе. Так появились первые галактики. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Космический телескоп Хаббл позволили нам заглянуть в прошлое, добраться почти до истока времён, в период, когда первые галактики только начали формироваться. Телескоп Хаббл видит множество галактик, но свет большинства из них покинул источник тысячи, миллионы, даже миллиарды лет назад. Всё это время он летел к нам. Таким образом, сегодня мы обозреваем галактики, которые уже стали историей. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если с помощью Хаббла заглянуть поглубже в космос, можно увидеть небольшие пятнышки, едва ли похожие на существующие галактики. Эти смутные пятна света, скопления миллионов, миллиардов звёзд, которые только начинали объединяться. Эти тусклые пятна - самые ранние из галактик. Они образовались спустя примерно миллиард лет после начала Вселенной. Дальше этого времени Хаббл бессилен. Если нам нужно исследовать более глубокие слои прошлого, нужен другой телескоп. Больше чем тот, который можно запустить в космос. Теперь у нас такой есть в высокой пустыне Северного Чили. Его название АСТ - Атакамский космический телескоп. Этот высочайший из наземных телескопов расположен на отметке 5190 метров над уровнем моря. - Мне очень нравится работать на АСТ в экстремальных погодных условиях. Здесь бывает очень холодно и дуют свирепые ветры. Но огромным плюсом для нашей работы является то, что небо практически всегда чистое. Чистое небо является важным условием для точных рефлекторов АСТ, который фокусируется на ранних галактиках. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - С помощью АСТ мы можем приблизить части неба с невероятной точностью. Мы также можем отслеживать развитие таких структур, как галактики и скопления галактик с высочайшей чёткостью изображения. АСТ не распознает видимый свет, только космические микроволны, оставшиеся от времён, когда Вселенной было несколько сотен тысяч лет. С помощью этого телескопа можно не просто видеть разные галактики, но и следить за их ростом. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - Мы способны проследить процессы формирования галактик и их скоплений. Мы видим следы каждой из них, начиная с нескольких сот тысячелетий от начала мира до сегодняшнего дня. АСТ помог астрономам понять, как развивались галактики практически от начала времён. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Начали отвечать на вопросы: как выглядели галактики в начале создания, похожи ли они на современные галактики, как они росли и развивались. Астрономы наблюдают, какой путь прошли галактики от небольших скоплений звёзд до сегодняшней сети звёздных систем. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - По нашим сегодняшним представлениям, звёзды образуют скопления, которые объединяются в галактики, которые, в свою очередь, образуют скопления галактик, а те формируют сверхскопления галактик - самые крупные единицы космоса на сегодня. Ранние галактики представляли собой бесформенные комки звёзд, газа и пыли. Сегодня же галактики приняли аккуратный упорядоченный вид. Как хаотичные скопления звёзд превратились в стройные эллиптические спиральные системы? С помощью гравитации. Сила притяжения объединяет звёзды, управляет их будущим развитием. В центре большинства галактик существует невероятно мощный разрушительный источник гравитации. И наш Млечный Путь не исключение. Галактики существовали более 12 миллиардов лет. Нам известно, что эти обширные империи звёзд принимают самые разные формы от вихревых спиралей до громадных шаров из звёзд. Всё же многое в галактиках остаётся для нас загадкой. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Как галактики обрели существующую форму? Была ли спиральная галактика всегда в форме спирали? Ответ почти всегда отрицательный. Молодые галактики - бесформенные хаотичные скопления звёзд, газа и пыли. Лишь спустя миллиарды лет они превращаются в такие организованные структуры, как, к примеру, вихревая галактика или наш Млечный Путь. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь вырос не из одного зерна, из множества. То, что сейчас называется галактикой Млечный Путь, когда-то сложилось из множества образований, бесформенных структур, которые объединились в единое целое. Мелкие структуры сходятся благодаря силе притяжения. Она постепенно стягивает звёзды вместе. Они вращаются всё быстрее и быстрее, пока не принимают форму плоского диска. Затем звёзды и газ образуют гигантский спиральные рукава. Этот процесс повторялся на просторах космоса миллиарды раз. Каждая галактика неповторима, но все их объединяет одно: они все вращаются вокруг своего центра. Годами учёные гадали: что обладает достаточной силой, чтобы изменить поведение галактики? И наконец ответ был найден. Чёрная дыра. И не просто чёрная дыра, а сверхмассивная чёрная дыра. - Первым ключом к существованию сверхмассивных чёрных дыр стали галактики, из центра которых вырывался мощный столб энергии. Нам казалось, что эти чёрные дыры питались близлежащими объектами. Что-то вроде гигантского пира в честь Дня благодарения. Пищей для сверхмассивных чёрных дыр служат газ и звёзды. Иногда чёрная дыра поглощает их слишком жадно, и пища выбрасывается обратно в космос в виде луча чистой энергии. Это называется квазар. Когда учёные видят квазар, бьющий из центра галактики, они знают, что у неё есть сверхмассивная чёрная дыра. Как же быть с нашей Галактикой? Ведь у неё нет квазара. Значит ли это, что у неё отсутствует сверхмассивная чёрная дыра? Андреа Гез и её команда вот уже 15 лет пытаются это выяснить. Профессор Андреа Гез, астроном: - Выяснить, есть ли в Млечном Пути сверхмассивная чёрная дыра, можно по движению звёзд. Звёзды вращаются, повинуясь силе тяготения, как и планеты вокруг Солнца. Однако звёзды, расположенные ближе к центру Галактики, скрыты облаками пыли. Поэтому Гез использовала гигантский телескоп Кек на Гавайях, чтобы увидеть сквозь пыль. Её глазам предстала странная и жестокая картина. Профессор Андреа Гез, астроном: - В центре нашей Галактики всё доведено до крайности. Объекты движутся на огромной скорости, звёзды проносятся мимо одна за другой. Всё клокочет, всё бурлит. Такого не увидишь ни в одной точке нашей Галактики. Гез и её команда начали делать снимки некоторых звёзд, вращающихся ближе к центру Галактики. Профессор Андреа Гез, астроном: - Мы поставили себе задачу сделать видеоролик со звёздами в центре Галактики. Пришлось запастись терпением и делать снимок за снимком, прежде чем звёзды задвигались. Фотографии вращающихся звёзд открыли удивительную вещь. Скорость их вращения составила несколько миллионов километров в час. Профессор Андреа Гез, астроном: - Самым волнующим в этом эксперименте был момент, когда мы получили второй снимок и стало ясно, что звёзды вращаются много быстрее обычного. Это полностью подтверждало гипотезу и сверхмассивной чёрной дыре.
Гипотеза была верна. Гез и её команда проследили траекторию звёзд и вычислили расположение от центра их вращения. Существует только одна вещь, достаточно мощная, чтобы вращать вокруг себя громадные звёзды, - сверхмассивная чёрная дыра. Профессор Андреа Гез, астроном: - Только сила притяжения сверхмассивной чёрной дыры заставляет звёзды вращаться. Их траектории стали доказательством сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Чёрная дыра в центре Млечного Пути имеет гигантские размеры. Её ширина 24 миллиона километров. Есть ли опасность для нашей планеты? Профессор Андреа Гез, астроном: - Нет ни малейшей опасности, что нас засосёт в сверхмассивную чёрную дыру. От нас слишком далеко.
Планета Земля находится на расстоянии 25 тысяч световых лет от чёрной дыры в центре Млечного Пути. Это многие миллиарды километров, так что Земля в безопасности. Пока. Сверхмассивные чёрные дыры могут быть источником мощной гравитации. Но у них не хватит сил, чтобы удержать связь между телами галактики. По всем законам физики галактики должны распадаться. Почему этого не происходит? В космосе существует сила более мощная, чем сверхмассивная чёрная дыра. Её нельзя увидеть, и практически невозможно вычислить. Но она существует, она называется тёмной материей, и она повсюду. Астрономы выяснили, что в центре галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, которые притягивают звёзды на высоких скоростях. Но чёрные дыры недостаточно сильны, чтобы соединить все звёзды гигантской галактики в единое целое. Что же это за сила? Это оставалось загадкой, пока один независимый учёный не предположил, что мы имеем дело с чем-то неизведанным. В 30-е годы 20 века швейцарский астроном Фриц Цвикки задался вопросом, почему галактики не распадаются. По его расчётам, они не вырабатывают достаточно силы притяжения, следовательно, должны разлетаться по космосу. - Он заявил: «Я вижу своими глазами, что они не распадаются, а держатся вместе плотной группой. А значит, что-то не даёт им распадаться. Но их собственная сила притяжения не имеет достаточной мощи для этого. Поэтому заключу, что существует нечто, о чём неизвестно человечеству, нечто невообразимое». Он дал ему имя - тёмная материя. Это было как божественное откровение. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Фриц Цвикки опередил своё время на несколько десятков лет, и, конечно, наткнулся на непонимание коллег-астрономов. Но в конечном итоге, он был прав. Если то, что Цвикки назвал тёмной материей, объединяло галактики в группы, возможно, оно же не давало распадаться отдельным галактикам. Чтобы это проверить, учёные сконструировали на компьютере виртуальные галактики с виртуальными звёздами и виртуальной гравитацией. - Мы сделали модель галактики, заселили её звёздами на орбитах в форме плоского диска. В точности, как наша Галактика. И решили, что создали идеальную галактику. Мы гадали, станет ли она спиральной или какой-то другой. Но все наши галактики разлетались на кусочки. Этой галактике не хватало гравитации, чтобы оставаться единым целым, поэтому Острайкер добавил её вместе с виртуальной тёмной материей. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Естественно, нам захотелось попробовать, это решило проблему. Всё получилось. Сила притяжения тёмной материи оказалась связующей силой галактики. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная материя играет роль строительных лесов галактики. С её помощью галактики фиксируются на месте и не распадаются на отдельные тела. Теперь учёные предполагают, что тёмная материя не только поддерживает галактику, но даёт толчок её рождению. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Мы считаем, что первые скопления тёмной материи появились в результате Большого взрыва. Через какое-то время эти скопления стали явными - зёрнами, из которых выросли галактики. Но учёные до сих пор не знают, что же такое тёмная материя. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная материя остаётся чем-то необъяснимым. Мы не понимаем её сущности. Но она однозначно сделана из другого материала… Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - …чем мы с вами. На неё нельзя опереться, её нельзя потрогать. Возможно, она окружает нас повсюду, подобно призраку, который проходит тебя насквозь, как будто ты вовсе не существуешь. Мы можем не знать о тёмной материи, но космос наполнен ею. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Вес тёмной материи эквивалентен, по крайней мере, шестикратному весу Вселенной из обычной материи, то есть, из которой сделаны все мы, без которой невозможно представить нормальную работу законов Вселенной. Однако эти законы работают. Получается, тёмная материя действительно существует. И недавно её следы обнаружены в глубоком космосе. Сделать такое утверждение помогли наблюдения за её влиянием на поведение света. Траектория луча искривляется. Это явление называется гравитационной линзой.
Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Гравитационная линза позволяет определить присутствие тёмной материи. Как оно работает? Представьте, что луч света из какой-нибудь дальней галактики летит к нам. Если на его пути встречаются крупные скопления тёмной материи, его траектория обогнёт тёмную материю под действием силы притяжения.Если смотреть на космические глубины в телескоп Хаббл, форма некоторых галактик представляется искажённой и вытянутой.
Это происходит из-за того, что тёмная материя деформирует изображение. Она как бы помещает её в круглый аквариум. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Проанализировав очертания этих галактик и степень искажения, можно с определённой точностью рассчитать в них количество тёмной материи. Теперь стало ясно, что тёмная материя является неотъемлемой частью космоса. Она существует с начала времён и оказывает влияние на всё и повсеместно. Она создаёт условия для рождения галактик и не даёт им распадаться. Она не видна взглядом, не вычисляется приборами, но, тем не менее, тёмная материя - хозяйка Вселенной. Кажется, что галактики существуют отдельно. Между ними действительно триллионы километров, но, тем не менее, галактики объединены в группы, скопления галактик. Скопления галактик образуют сверхскопления, в которые входят десятки тысяч галактик. Какое место среди них занимает наш Млечный Путь? Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - На общем плане космоса видно, что наша Галактика является частью небольшой группы примерно из тридцати галактик. Наш Млечный Путь и Туманность Андромеды в ней самые крупные. Но, если взглянуть шире, мы лишь небольшая часть сверхскопления галактик под названием Дева. В настоящее время учёные составляют общую карту Вселенной, определяют места расположения галактических скоплений и сверхскоплений. Это обсерватория Апачи - Пойнт в штате Нью-Мексико, в которой находится Слоановский цифровой небесный обзор. Это всего лишь небольшой телескоп, но на него возложена уникальная миссия. Цифровой обзор Слоана составляет первую трёхмерную карту звёздного неба. Она позволит определить точное расположение десятков миллионов галактик. Для этого обзор Слоана охотится за галактиками далеко за пределами Млечного Пути. Он точно определяет расположение галактики, эта информация записывается на алюминиевые диски. - Эти алюминиевые диски в ширину около 30 дюймов и имеют по 640 сквозных отверстий, каждое из которых предназначено для нужного объекта в космосе. Космические объекты - это галактики. Свет от галактики проходит сквозь отверстие и дальше по кабелю из оптоволокна. Таким способом можно записывать сведения о расстоянии и местоположении тысяч галактик и наносить их на трёхмерную карту. Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Мы определяем их очертания, состав, а также то, насколько равномерно они рассыпаны по космическому пространству. Всё это очень важно для астрономии, для понимания законов Вселенной.
Перед нами плоды их работы: крупнейшая трёхмерная карта из существующих сегодня. Карта демонстрирует вещи, до этого недоступные взору: целые скопления и сверхскопления галактик. И картина мира продолжает раздвигаться. Мы видим, что сверхскопления галактик образуют цепочки - филаменты. Обзор Слоана обнаружил одну протяжённостью в 1,4 миллиарда световых лет. Её назвали Великой стеной Слоуна. Это самая крупная единичная структура, открытая в истории науки.
Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Ты чувствуешь колоссальность этого пространства. Мимо твоего взгляда проносятся скопления, филаменты, и каждый из этих крохотных комочков света - огромные галактики. Не звёзды, а целые галактики, и их вокруг сотни и тысячи. Обзор Слоана показывает галактическую географию в крупном масштабе. Учёные пошли дальше. В сверхмощном компьютере они построили целую Вселенную. И здесь не разглядеть отдельные галактики, трудно разобрать даже их скопления. На экране можно увидеть только сверхскопления галактик, составляющие гигантскую космическую паутину филаментов.
Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если вглядеться в масштабную картину космоса, можно различить узор филаментов, космическую паутину, состоящую из галактик и их скоплений, которые простираются в тысячи различных направлений. С этой точки космос напоминает по своей структуре гигантскую губку. Каждый филамент служит приютом миллионам галактических скоплений, все они связаны между собой тёмной материей. На этой компьютерной модели видно, как тёмная материя просвечивает сквозь сплетения филаментов. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Тёмная материя влияет на местоположение галактики во Вселенной. Посмотрите на галактики: они не рассыпаны по космосу беспорядочно. Они собираются небольшими группами, что в очередной раз свидетельствует о масштабе распространения тёмной материи. Тёмная материя поддерживает всю макроструктуру космоса. Она связывает галактики в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления. Сверхскопления вплетены в цепочки филаментов. Без тёмной материи вся структура космоса просто развалится на части. Вот наша Вселенная крупным планом.
Где-то в глубинах этой гигантской космической паутины, в одном из филаментов приютилась и наша Галактика - Млечный Путь. Он существует уже около 12 миллиардов лет, и ему предстоит погибнуть в мощном космическом столкновении. Галактики - это обширные царства звёзд. Некоторые представляют собой огромные шары, другие - сложные спирали, но все они постоянно меняются. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Когда мы смотрим на свою Галактику, нам кажется, что она неизменна и существовала вечно. Но это не так. Наша Галактика находится в постоянном движении, её природа менялась с течением космического времени. Галактики не только меняются, но и передвигаются. Случается, что галактики сталкиваются друг с другом, и тогда одна поглощает другую. - Во Вселенной существует целая стая различных галактик, которые взаимодействуют и сталкиваются между собой - с другими членами стаи.
Это NGC 2207. На первый взгляд, она похожа на огромную двойную спиральную галактику, но на самом деле это две столкнувшиеся галактики. Столкновение продлится миллионы лет, и в конечном итоге две галактики сольются в одну. Подобные столкновения происходят в космосе повсеместно, и наша Галактика не исключение. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь, по сути, является каннибалом. Он приобрёл свою настоящую форму, поглотив множество более мелких галактик. Даже сегодня на его теле видны небольшие полоски звёзд оставшихся без границ бывших отдельных галактик, которые пополнили собой Млечный Путь. Но это «цветочки» по сравнению с тем, что ждёт нас в будущем. Мы стремительно движемся навстречу галактике Туманность Андромеды, и для Млечного Пути это не сулит ничего хорошего. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Млечный Путь приближается к Андромеде со скоростью примерно 250 тысяч миль в час, а это значит, что через 5–6 миллиардов лет нашей Галактики не станет. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Андромеда надвигается на нас всей своей чудовищной массой. При взаимодействии галактик каждая из них в отдельности распадается, и их тела постепенно перемешиваются, нарастают, как снежный ком. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Две галактики начинают пляску смерти.
Это воспроизведение будущего столкновения, ускоренное в миллионы раз. При столкновении двух галактик клубы газа и пыли разлетаются во все стороны. Сила притяжения сливающихся галактик срывает звёзды с орбит и забрасывает в тёмные глубины Вселенной. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Судный день Млечного Пути станет живописной картиной, и мы будем наблюдать разрушение нашей Галактики из первых рядов. Постепенно две галактики пройдут друг друга насквозь, а затем вернутся, чтобы слиться в единое целое. Как ни странно, звёзды не столкнутся между собой. Они по-прежнему слишком далеко друг от друга. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Звёзды просто перемешаются. Вероятность столкновения двух отдельных звёзд фактически равна нулю. Однако пыль и газ между звёздами начнут разогреваться. В какой-то момент они воспламенятся, и сталкивающиеся галактики раскалятся добела. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - В какой-то момент в небесах может разгореться настоящий пожар. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды перестанут существовать. Появится новая галактика - Мелкомеда, которая станет новой космической единицей. Новая галактика Мелкомеда будет иметь вид огромного эллипса без рукавов и спиралей. Избежать будущего нам не удастся. Вопрос в том, что оно принесёт планете Земля. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Нас может либо отбросить в открытый космос вместе с обрывками рукавов Млечного Пути, либо засосать в тел новой галактики. Звёзды и планеты раскидает по всей галактике и за её пределы, и для планеты Земля это может стать печальным концом. Вселенная ещё не раз увидит столкновение галактик. Но эра галактического каннибализма тоже когда-нибудь закончится. Галактики служат приютом звёздам, солнечным системам, планетам и лунам. Галактика обеспечивает себя всем необходимым. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактики - это живая кровь в теле Вселенной. Мы существуем потому, что мы возникли внутри Галактики, и всё, что мы видим, всё, что имеет для нас значение, происходит внутри Галактики. При всём этом галактики представляют собой хрупкие структуры, соединённые воедино тёмной материей. Учёные обнаружили ещё одну действующую силу Вселенной. Её называют тёмной энергией. Тёмная энергия действует в противовес тёмной материи. Если одна соединяет галактики, то другая отделяет их друг от друга. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия, о которой нам известно буквально одно десятилетие, является доминантой космоса и представляет собой ещё большую тайну. У нас нет ни малейшего понятия - зачем она нужна. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Трудно сказать, из чего она состоит. Мы знаем, что она есть, но что это такое, какая у неё функция, остаётся загадкой. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная энергия - странная штука. Кажется, космическое пространство пронизано крохотными источниками, которые заставляют предметы отталкиваться друг от друга. Учёные считают, что в далёком-далёком будущем тёмная энергия выиграет космическую битву с тёмной материей, и галактики начнут распадаться. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия истребит галактики. Это произойдёт, когда остальные галактики начнут постепенно удаляться от нашей, пока не пропадут из поля зрения. И так как галактики разлетятся в стороны со скоростью выше скорости света, они буквально исчезнут с наших глаз. Не сегодня, не завтра, но, возможно, через триллионы лет мы останемся в пустой Вселенной. Галактики станут одинокими островами на бескрайних просторах космоса. Но это случится ещё очень нескоро. Сегодня Вселенная процветает, а галактики создают все условия для существования жизни. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Без галактик меня бы здесь не было, вас бы не было, да и жизнь могла бы не зародиться вовсе. Нам несказанно повезло: жизнь зародилась на Земле только благодаря тому, что наша крохотная Солнечная система находится в нужной части Галактики. Расположись мы чуть ближе к центру, мы бы не выжили. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Жизнь в центре Галактики очень жестокая, и, если бы наша Солнечная система располагалась ближе к центру, там было бы столько радиации, что мы не смогли бы выжить. Жить слишком далеко от центра тоже не лучше. Количество звёзд на краях Галактики резко уменьшается. Нас бы могло вообще не быть. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Можно сказать, что мы выбрали золотую середину Галактики: не далеко, не близко, а точно в яблочко. Учёные верят, что этот золотой пояс Галактики может включать миллионы звёзд, а среди них наверняка найдутся другие Солнечные системы, способные поддерживать жизнь. И они находятся в нашей собственной Галактике. И если у нас есть обитаемая зона, в других галактиках она тоже может существовать. Профессор Андреа Гез, астроном: - Вселенная огромна, она снова и снова преподносит нам сюрпризы. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Каждый раз, когда мы думаем, что нашли ответ на какой-то вопрос, выясняется, что он привёл нас к ещё большему вопросу. Это разжигает интерес. Наша родная Галактика Млечный Путь и другие галактики во Вселенной ставят перед нами бесконечные вопросы, требующие ответов, и тайны, ещё никем не открытые. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Кто бы мог предположить 10 лет назад, что мы сможем найти чёрную дыру в центре Галактики? Кто из астрономов всего 10 лет назад поверил бы в тёмную материю и тёмную энергию? Всё больше учёных посвящают свои исследования галактикам. Именно в них лежит ключ к пониманию законов Вселенной. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Разве это не удивительно - жить на этом отрезке времени в истории космоса на этой маленькой планете на окраинах случайной галактики и получать ответы на вопросы о Вселенной с самого её начала и до самого конца. Мы должны бесконечно радоваться этому краткому моменту в лучах Солнца. Галактики рождаются, развиваются, сталкиваются и погибают. Галактики - это сверхзвёзды для мира науки. У каждого учёного-астронома есть свои любимчики. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Вихревая галактика или М51. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Если бы можно было повесить её на стену, я бы выбрал галактику Сомбреро. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактика Сомбреро, кольцевые галактики - они очень красивы. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Моя любимая галактика - Млечный Путь. Это мой родной дом. Нам повезло, что Млечный Путь даёт нам всё необходимое для жизни. Наша судьба напрямую зависит от нашей Галактики и от всех остальных галактик. Они создали нас, они придали нашей жизни форму, и наше будущее в их руках.
Астрономы утверждают, что невооружённым взглядом человек может рассмотреть около 4,5 тысячи звёзд. И это, притом, что нашему взору открывается лишь незначительная часть одной из самых удивительных и неопознанных картин мира: только в Галактике Млечный путь насчитывается более двухсот миллиардов небесных светил (учёные имеют возможность наблюдать лишь за двумя миллиардами).
Млечный Путь является галактикой спирального типа с перемычкой, представляющую собой огромную гравитационно связанную в космосе звёздную систему. Вместе с соседними галактиками Андромеды и Треугольника и более сорока карликовыми галактиками-спутниками она входит в состав Сверхскопления Девы.
Возраст Млечного пути превышает 13 млрд. лет, и за это время в нём образовалось от 200 до 400 млрд. звёзд и созвездий, более тысячи огромных газовых облаков, скоплений и туманностей. Если посмотреть на карту Вселенной, то можно увидеть, что Млечный путь представлен на ней в виде диска диаметром в 30 тыс. парсеков (1 парсек равен 3,086*10 в 13 степени километров) и средней толщиной около тысячи световых лет (в одном световом году почти 10 триллионов километров).
Сколько именно весит Галактика, астрономы ответить затрудняются, поскольку большая часть веса содержится не в созвездиях, как раньше считалось, а в тёмной материи, которая не испускает и не взаимодействует с электромагнитными излучениями. По очень грубым подсчётам, вес Галактики колеблется от 5*10 11 до 3*10 12 масс Солнца.
Как и все небесные тела, Млечный Путь оборачивается вокруг своей оси и перемещается во Вселенной. Следует учитывать, что при передвижении, галактики постоянно сталкиваются друг с другом в космосе и та, которая имеет более крупные размеры, поглощает меньшие, а вот если их размеры совпадают, после столкновения начинается активное звездообразование.
Так, астрономы выдвигают предположение, что через 4 млрд. лет Млечный Путь во Вселенной столкнётся с Галактикой Андромеды (они приближаются друг к другу со скоростью 112 км/с), вызвав появление новых созвездий во Вселенной.
Что касается движения вокруг своей оси, то Млечный Путь движется в космосе неравномерно и даже хаотично, поскольку каждая находящаяся в нём звёздная система, облако или туманность имеет свою скорость и орбиты разного вида и форм.
Если внимательно посмотреть на карту космоса, можно увидеть, что Млечный Путь очень сжат в плоскости и по виду напоминает «летающую тарелку» (Солнечная система расположена почти у самого края звёздной системы). Состоит Галактика Млечный Путь из ядра, перемычки, диска, спиральных рукавов и короны.
Ядро находится в созвездии Стрельца, где расположен источник нетеплового излучения, температура которого составляет около десяти миллионов градусов – явление, характерное только для ядер Галактик. В центре ядра находится уплотнение – балдж, состоящий из большого числа движущихся по вытянутой орбите старых звёзд, многие из которых пребывают в конце своего жизненного цикла.
Так, некоторое время назад американские астрономы обнаружили здесь район размерами 12 на 12 парсек, состоящий из мёртвых и умирающих созвездий.
В самом центре ядра находится сверхмассивная чёрная дыра (участок в космическом пространстве, имеющий такую мощную гравитацию, что покинуть его неспособен даже свет), вокруг которой вращается чёрная дыра меньших размеров. Вместе они оказывают такое сильное гравитационное влияние на находящиеся недалеко от них звёзды и созвездия, что те движутся по необычным для небесных тел траекториям во Вселенной.
Также для центра Млечного Пути характерна чрезвычайно сильная концентрация звёзд, расстояние между которыми в несколько сотен раз меньше, чем на периферии. Скорость движения большинства из них абсолютно не зависит от того, как далеко они находятся от ядра, а потому средняя скорость вращения колеблется от 210 до 250 км/с.
Перемычка размером в 27 тыс. световых лет пересекает центральную часть Галактики под углом в 44 градуса к условной линии между Солнцем и ядром Млечного Пути. Состоит она в основном из старых красных звёзд (около 22 млн.), и окружена газовым кольцом, в котором содержится большая часть молекулярного водорода, а потому является районом, где образуются звёзды в наибольшем количестве. Согласно одной из теорий, в перемычке происходит такое активное звездообразование из-за того, что она пропускает через себя газ, из которого рождаются созвездия.
Млечный путь являет собой диск, состоящий из созвездий, газовых туманностей и пыли (размеры его диаметра составляют около 100 тыс. световых лет при толщине в несколько тысяч). Вращается диск значительно быстрее короны, что расположена по краям Галактики, при этом скорость вращения на разных расстояниях от ядра неодинакова и хаотична (колеблется от нуля в ядре до 250 км/ч на расстоянии в 2 тыс. световых лет от него). Возле плоскости диска сконцентрированы газовые облака, а также молодые звёзды и созвездия.
С внешней стороны Млечного пути находятся слоя атомарного водорода, который уходит в космос на полторы тысячи световых лет от крайних спиралей. Несмотря на то, что этот водород в десять раз толще, чем в центре Галактики, плотность его во столько же раз ниже. На окраине Млечного пути были обнаружены плотные скопления газа с температурой в 10 тыс. градусов, размеры которых превышают несколько тысяч световых лет.
Сразу за газовым кольцом расположено пять главных спиральных рукавов Галактики, размер которых составляет от 3 до 4,5 тыс. парсек: Лебедя, Персея, Ориона, Стрельца и Центавра (Солнце находится с внутренней стороны рукава Ориона). Молекулярный газ находится в рукавах неравномерно и далеко не всегда подчиняется правилам вращения Галактики, внося погрешности.
Корона Млечного Пути представлена в виде сферического гало, которое выходит за пределы Галактики в космос на пять-десять световых лет. Состоит корона из шаровых скоплений, созвездий, отдельных звёзд (в основном – старых и маломассивных), карликовых галактик, горячего газа. Все они движутся вокруг ядра по вытянутым орбитам, при этом вращение некоторых звёзд до того беспорядочно, что даже скорость рядом расположенных светил может значительно отличаться, поэтому вращается корона чрезвычайно медленно.
По одной из гипотез, возникла корона в результате поглощения Млечным путём более мелких галактик, а потому является их остатками. По предварительным данным, возраст гало превышает двенадцать миллиардов лет и оно является ровесницей Млечного Пути, а потому звездообразование здесь уже завершилось.
Если посмотреть на ночное звездное небо, Млечный Путь можно увидеть абсолютно с любой точки земного шара в виде полосы светловатого цвета (поскольку наша звёздная система находится внутри рукава Ориона, для обзора доступна лишь часть Галактики).
Карта Млечного Пути показывает, что наше Светило находится почти на диске Галактики, у самого её края, и его расстояние до ядра составляет от 26-28 тыс. световых лет. Учитывая, что Солнце двигается на скорости около 240 км/ч, чтобы сделать один оборот, ему нужно затратить около 200 млн. лет (за весь период своего существования наша звезда не облетела Галактику и тридцати раз).
Интересно, что наша планета расположена в коротационном кругу – месте, где скорость вращения звёзд совпадает со скоростью вращения рукавов, поэтому звёзды никогда эти рукава не покидают, или не входят в них. Для этого круга характерен высокий уровень радиации, поэтому считается, что жизнь может возникнуть лишь на планетах, возле которых находится очень мало звёзд.
Именно этот факт и относится к нашей Земле. Находясь на периферии, она размещается в довольно спокойном месте Галактики, а потому на протяжении нескольких миллиардов лет почти не подвергалась глобальным катаклизмам, на которые так богата Вселенная. Возможно, это и является одной из основных причин того, что на нашей планете смогла зародиться и сохраниться жизнь.
© Владимир Каланов
"Знания-сила".
Рассматривая ночное звёздное небо, можно увидеть неярко светящуюся беловатую полосу, которая пересекает небесную сферу. Это диффузное свечение приходит как от нескольких сотен миллиардов звезд, так и в результате рассе́янья света на крошечных частичках пы́ли и газа в межзвездном пространстве. Это наша галактика Млечный Путь. Млечный Путь – это галактика, к которой принадлежит Солнечная система со своими планетами, среди которых и Земля. Он виден из любой точки земной поверхности. Млечный путь образует кольцо, поэтому с любой точки Земли мы видим лишь его часть. Млечный Путь, который кажется тусклой светящейся доро́гой, на самом деле состоит из огромного количества звёзд, не видимых по отдельности невооруженным глазом. Первым в начале XVII столетия над этим задумался , когда навёл изготовленный им телескоп на Млечный Путь. То, что впервые увидел Галилей, захватило дух. В месте белесой огромной полосы Млечного Пути его взору открылись сверкающие скопления из бесчисленных звёзд, видимых по отдельности. Сегодня учёные считают, что Млечный Путь содержит огромное число звёзд – около 200 миллиардов.
Рис. 1 схематическое изображение нашей Галактики и окружающего её гало.
Млечный Путь представляет собой галактику, состоящую из большого плоского - основного - тела в форме диска диаметром, превышающим расстояние в 100 тысяч световых лет. Сам диск Млечного Пути "относительно тонкий" – толщиной несколько тысяч световых лет. Внутри диска расположена бóльшая часть звёзд. По своей морфологии диск некомпа́ктен, имеет сложное строение, внутри его находятся неровные структуры, которые простираются от ядра до периферии Галактики. Это так называемые «спиральные рукава» нашей Галактики, зоны высокой плотности, где из облаков межзвездных пыли и газа образуются новые звезды.
Рис. 2
Центр Галактики. Изображение в условных тонах центра Млечного Пути.
Пояснение к рисунку: Источник света в середине - Стрелец А, активная зона звездообразования, находится рядом с галактическим ядром. Центр окружен газообразным кольцом (розовый круг). На внешнем кольце расположены молекулярные облака (оранжевые) и ионизированный водород пространства розового оттенка.
В центральной части диска Млечного Пути находится галактическое ядро. Ядро состоит из миллиардов старых звезд. Сама же центральная часть ядра представляет собой очень массивную область диаметром всего в несколько световых лет, внутри которой, по последним данным астрономических исследований, находится сверхмассивная черная дыра, возможно даже несколько чёрных дыр, массами около 3 миллионов Солнц.
Вокруг диска Галактики находится сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики (Большое и Малое Магеллановы облака́ и др. ), шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ. Некоторые из отдельных групп звезд взаимодействуют с шаровыми скоплениями и карликовыми галактиками. Существует гипотеза, вытекающая из анализа структуры гало и траекторий движения звездных скоплений, что шаровые скопления, как и сама галактическая корона могут являться остатками бывших галактик-спутников, поглощенных нашей Галактикой в результате произошедших ранее взаимодействий и столкновений.
Согласно научным предположениям, Наша Галактика содержит также и темную материю, которой, возможно, гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах наблюдений.
На окраинах Галактики обнаружены плотные области газа размерами несколько тысяч световых лет, температурой 10000 градусов и массой 10 миллионов Солнц.
Наше Солнце находится почти на диске, на расстоянии около 28000 световых лет от центра Галактики. Иными словами, оно находится на периферии, на расстоянии почти 2/3 галактического радиуса от центра, что составляет расстояние порядка 8 килопарсек от центра нашей Галактики.
Рис. 3
Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а находятся под углом друг к другу.
Подробно положение Солнца в Галактике и его движение рассмотрено также в разделе "Солнце" нашего сайта (см. ) . Чтобы совершить полный оборот, Солнцу требуется около 250 миллионов лет (по некоторым данным 220 миллионов лет), которые составляют галактический год (скорость движения Солнца – 220 км/с, то есть почти 800000 км/ч!). Каждые 33 миллиона лет Солнце пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение полного оборота Солнцу требуется, как уже было сказано, около 250 миллионов лет.
Так как мы находимся внутри Галактики и смотрим на неё изнутри, её диск оказывается видимым на небесной сфере как полоса звёзд (это и есть Млечный Путь), и поэтому с Земли трудно определить реальную трехмерную пространственную структуру Млечного пути.
Рис. 4
обзор полного неба в галактических координатах, полученный на частоте 408 мгц
(длина волны 73 см), показанный в условных цветах.
Интенсивность радиоизлучения
отображена в линейной цветовой шкале от темно-синего (наименьшая интенсивность) до красного (наивысшая интенсивность). Угловое разрешение карты составляет приблизительно 2°. Вдоль плоскости галактики видно множество хорошо известных радиоисточников, включая остатки сверхновых Кассиопеи А и Крабовидной туманности.
Отчетливо выделяются комплексы локальных рукавов (Лебедь X и Паруса X), окруженные диффузным радиоизлучением. Диффузное радиоизлучение Млечного Пути в основном представляет собой синхротронное излучение электронов космических лучей при их взаимодействии с магнитным полем нашей Галактики.
Рис. 5
Два изображения
полного неба, построенных на основе данных, полученных в 1990 г. в ходе эксперимента DIRBE по изучению диффузного инфракрасного фона (Diffuse Infrared
Background Experiment) на спутнике COBE.
На обоих изображениях видно сильное излучение от Млечного Пути. На верхнем фото представлены комбинированные данные по излучению на длинах волн 25, 60 и 100 микрон дальнего инфракрасного диапазона, показанные соответственно голубым, зеленым и красным цветом. Это излучение исходит от холодной межзвездной пыли. Бледно-голубое фоновое излучение порождается межпланетарной пылью в Солнечной системе. На нижнем изображении скомбинированы данные по излучению на длинах волн 1,2, 2,2 и 3,4 микрон в ближнем инфракрасном диапазоне, показанные соответственно голубым, зеленым и красным цветом.
Млечный Путь можно классифицировать как спиральную галактику . Как уже сказано, он состоит из основного тела в форме плоского диска диаметром более 100 000 световых лет, внутри которого находится большая часть звезд. У диска некомпактное строение, и очевидна его неровная структура, начинающаяся из ядра и распространяющаяся к периферии Галактики. Это спиральные ветви областей наибольшей плотности материи, т.н. спиральные рукава, в которых идёт процесс образования новых звёзд, начинающийся в межзвездных газопылевых облаках. О причине возникновения спиральных рукавов нельзя сказать ничего, кроме того, что рукава возникают при численном моделировании рождения галактики всегда, если заданы достаточно большие масса и момент вращения.
Для появления описания длительно дотроньтесь до клетки |
|||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Сгенерированная на компьютере новая трёхмерная модель Млечного пути с реальным
расположением сотен тысяч туманностей и звёзд.
© National Geographic Society, Washington D.C. 2005.
Части галактики вращаются с различной скоростью вокруг её центра. Если бы мы могли посмотреть на Галактику «сверху», мы увидели бы плотное и яркое ядро, внутри которого звёзды располагаются очень близко друг к другу, а также рукава. В них звёзды сконцентрированы менее компактно.
Направление вращения Млечного пути, а также подобных спиральных галактик (указано на карте в левом нижнем углу при увеличении) таково, что спиральные рукава как бы закручиваются. И здесь необходимо заострить внимание вот на каком специфическом моменте. За время существования Галактики (не менее 12 млрд. лет, по любым современным оценкам) спиральные ветви должны были бы закрути́ться вокруг центра Галактики несколько десятков раз! А этого не наблюдается ни в других галактиках, ни в нашей. Ещё в 1964 году Ц. Лин и Ф. Шу из США, предложили теорию, согласно которой спиральные рукава представляют собой не некие материальные образования, а волны плотности вещества, выделяющиеся на ровном фоне галактики прежде всего потому, что в них идёт активное звездообразование, сопровождающееся рождением звёзд высокой светимости. Вращение спирального рукава не имеет никакого отношения к движению звёзд по галактическим орбитам. На небольших расстояниях от ядра орбитальные скорости звёзд превышают скорость рукава, и звёзды "втекают" в него с внутренней стороны, а покидают с внешней. На больши́х расстояниях всё наоборот: рукав как бы набегает на звезды, временно включает их в свой состав, а затем обгоняет их. Что касается ярких ОB -звёзд, определяющих рисунок рукава, то они, родившись в рукаве, в нём и заканчивают свою относительно короткую жизнь, не успевая покинуть рукав за время своего существования.
По одной из гипотез строения Мле́чного Пути, между центром Галактики и спиральными рукавами расположено ещё т.н. "газовое кольцо". Газовое кольцо содержит миллиарды солнечных масс газа и пы́ли и является местом активного звездообразова́ния. Эта область сильно излучает в радио и инфракрасном диапазоне. Изучение данного образования проводилось по облакам газа и пы́ли, расположенным вдоль луча зрения, и поэтому измерения точных расстояний до этого образования, как и его точная конфигурация очень затруднены́ и до сих пор существуют два основных мнения учёных по этому поводу. Согласно первому, ученые считают, что это образование является не кольцом, а сгруппирова́вшимися спиралями. Согласно другому мнению, это образование можно считать кольцевым. Предположительно оно расположено на расстоянии между 10 и 16 тыс. световых лет от центра.
Существует специальный раздел астрофизики, изучающий движение звёзд во Млечном Пути, он называется «звёздная кинематика».
Для облегчения задачи звездной кинематики звёзды подразделяют на семейства по определенным признакам, возрасту, физическим данным, расположе́нию внутри Галактики. У подавляющего большинства молодых звёзд, сконцентрированных в спиральных рукавах, скорость вращения (относительно центра Галактики, разумеется) составляет несколько километров в секунду. Считается, что у подобных звёзд было слишком мало времени для взаимодействия с другими звездами, они «не использовали» взаимное притяжение для повышения скорости вращения. У звёзд среднего возраста скорость выше.
Самая высокая скорость у старых звёзд, они расположены на сферическом гало, окружающем нашу Галактику до расстояния в 100000 световых лет от центра. Их скорость превышает 100 км/с (как у шаровы́х звездных скоплений).
Во внутренних областях, где плотно сконцентрированы, Галактика в своём движении проявляет себя аналогично твёрдому телу. В этих областях скорость вращения звёзд прямо пропорциональна их расстоянию от центра. Кривая вращения будет выглядеть как прямая линия.
На периферии Галактика в движении уже непохожа на твёрдое тело. В этой части она недостаточно плотно «заселена» небесными телами. «Кривая вращения» для периферийных областей будет «ке́плеровской», аналогично пра́вилу о неодинаковой скорости движения планет в Солнечной системе. Скорость обращения звёзд по мере удаления от центра галактики уменьшается.
Находятся в постоянном движении не только звёзды, но и другие небесные объекты, населяющие Млечный Путь: это рассеянные и шаровы́е звёздные скопления, туманности и т.д. Особого изучения заслуживает движение шаровы́х звездных скоплений – плотных образований, в состав которых входят сотни тысяч старых звезд. Эти скопления имеют четкую сферическую форму, они двигаются вокруг центра Галактики по вытянутым эллиптическим орбитам, наклонённым к её диску. Скорость их движения составляет в среднем около двухсот км/с . Шаровы́е звездные скопления пересекают диск с периодичностью в несколько миллионов лет. Являясь достаточно плотно сгруппированными образованиями, они относительно стабильны и не распада́ются под влиянием притяжения плоскости Млечного Пути. По-другому обстоят дела с рассеянными звездными скоплениями. В их состав входят несколько сотен или тысяч звёзд, причем они находятся в основном в спиральных рукавах. Звёзды там расположены не так близко друг к другу. Считается, что рассеянные звёздные скопления имеют тенденцию к распаду через несколько миллиардов лет существования. Шаровы́е звёздные скопления – старые по времени образования, они могут иметь возраст порядка десяти миллиардов лет, рассеянные скопления значительно моложе (счёт идет от миллиона до десятков миллионов лет), очень редко их возраст превышает один миллиард лет.
