Наша Галактика Чумацький Шлях

1. Положення Сонця в Галактиці
2. Нова карта Чумацького Шляху
3. Обертання частин галактики
4. Газове кільце і рух зірок
5. Зоряні скупчення

© Володимир каланамі
"Знання-сила".

Розглядаючи нічний зоряне небо, можна побачити неяскраво світиться білувату смугу, яка перетинає небесну сферу. Це дифузне свічення приходить як від кількох сотень мільярдів зірок, так і в результаті розсіювання світла на крихітних частинках пилу і газу в міжзоряному просторі. Це наша галактика Чумацький Шлях. Чумацький Шлях - це галактика, до якої належить Сонячна система зі своїми планетами, серед яких і Земля. Її видно з будь-якої точки земної поверхні. Чумацький шлях утворює кільце, тому з будь-якої точки Землі ми бачимо лише його частина. Чумацький Шлях, який здається тьмяною світиться дорогою, насправді складається з величезної кількості зірок, не видимих ​​окремо неозброєним оком. Першим на початку XVII століття над цим задумався Галілео Галілей , Коли навів виготовлений ним телескоп на Чумацький Шлях. Те, що вперше побачив Галілей, захопило дух. У місці білястої величезної смуги Чумацького Шляху його погляду відкрилися блискучі скупчення з незліченних зірок, видимих ​​окремо. Сьогодні вчені вважають, що Чумацький Шлях містить величезну кількість зірок - близько 200 мільярдів.

Мал. 1 схематичне зображення нашої Галактики і навколишнього її гало.

Чумацький Шлях є галактику, що складається з великого плоского - основного - тіла в формі диска діаметром, що перевищує відстань в 100 тисяч світлових років. Сам диск Чумацького Шляху "щодо тонкий" - товщиною кілька тисяч світлових років. Всередині диска розташована більша частина зірок. По своїй морфології диск некомпактен, має складну будову, всередині його знаходяться нерівні структури, які простягаються від ядра до периферії Галактики. Це так звані «спіральні рукави» нашої Галактики, зони високої щільності, де з хмар міжзоряних пилу і газу утворюються нові зірки.

Мал. 2 Центр Галактики. Зображення в умовних тонах центру Чумацького Шляху.

Пояснення до малюнка: Джерело світла в середині - Стрілець А, активна зона зореутворення, знаходиться поруч з галактичним ядром. Центр оточений газоподібним кільцем (рожевий коло). На зовнішньому кільці розташовані молекулярні хмари (помаранчеві) і іонізований водень простору рожевого відтінку.

У центральній частині диска Чумацького Шляху знаходиться галактичне ядро. Ядро складається з мільярдів старих зірок. Сама ж центральна частина ядра являє собою дуже масивну область діаметром всього в декілька світлових років, всередині якої, за останніми даними астрономічних досліджень, знаходиться надмасивна чорна діра, можливо навіть кілька чорних дір, масами близько 3 мільйонів Сонць.

Навколо диска Галактики знаходиться сферичне гало (корона), що містить карликові галактики (Велике і Мале Магелланові хмари і ін.), Кульові зоряні скупчення, окремі зірки, групи зірок і гарячий газ. Деякі з окремих груп зірок взаємодіють з кульовими скупченнями і карликовими галактиками. Існує гіпотеза, що випливає з аналізу структури гало і траєкторій руху зоряних скупчень, що кульові скупчення, як і сама галактична корона можуть бути залишками колишніх галактик-супутників, поглинених нашою Галактикою в результаті сталася раніше взаємодій і зіткнень.

Згідно з науковими припущеннями, Наша Галактика містить також і темну матерію, якою, можливо, набагато більше, ніж за все видимої речовини у всіх діапазонах спостережень.

На околицях Галактики виявлені щільні області газу розмірами кілька тисяч світлових років, температурою 10000 градусів і масою 10 мільйонів Сонць.

Наше Сонце знаходиться майже на диску, на відстані близько 28000 світлових років від центру Галактики. Іншими словами, воно знаходиться на периферії, на відстані майже 2/3 галактичного радіусу від центру, що становить відстань близько 8 кілопарсек від центру нашої Галактики.

Мал. 3 Площина Галактики і площину Сонячної системи не збігаються, а знаходяться під кутом один до одного.

Положення Сонця в Галактиці

Детально положення Сонця в Галактиці і його рух розглянуто також в розділі "Сонце" нашого сайту (див. Положення Сонця в Галактиці Чумацький шлях ). Щоб зробити повний оборот, Сонцю потрібно близько 250 мільйонів років (за деякими даними 220 мільйонів років), які складають галактичний рік (швидкість руху Сонця - 220 км / с, тобто майже 800000 км / год!). Кожні 33 мільйони років Сонце перетинає галактичний екватор, потім піднімається над його площиною на висоту в 230 світлових років і знову опускається вниз, до екватора. На здійснення повного обороту Сонця потрібно, як уже було сказано, близько 250 мільйонів років.

Так як ми знаходимося всередині Галактики і дивимося на неї зсередини, її диск виявляється видимим на небесній сфері як смуга зірок (це і є Чумацький Шлях), і тому із Землі важко визначити реальну тривимірну просторову структуру Чумацького шляху.

Мал. 4 огляд повного неба в галактичних координатах, отриманий на частоті 408 мегагерц (довжина хвилі 73 см), показаний в умовних кольорах.

Інтенсивність радіовипромінювання відображена в лінійної колірної шкалою від темно-синього (найменша інтенсивність) до червоного (найвища інтенсивність). Кутовий дозвіл карти становить приблизно 2 °. Уздовж площині галактики видно безліч добре відомих радіоджерел, включаючи залишки наднових Кассіопеї А і Крабовидной туманності.
Чітко виділяються комплекси локальних рукавів (Лебідь X і Вітрила X), оточені дифузним радіовипромінювання. Дифузне радіовипромінювання Чумацького Шляху в основному представляє собою синхротронне випромінювання електронів космічних променів при їх взаємодії з магнітним полем нашої Галактики.

Мал. 5 Два зображення повного неба, побудованих на основі даних, отриманих в 1990 р в ході експерименту DIRBE по вивченню дифузного інфрачервоного фону (Diffuse Infrared Background Experiment) на супутнику COBE.

На обох зображеннях видно сильне випромінювання від Чумацького Шляху. На верхньому фото представлені комбіновані дані по випромінюванню на довжинах хвиль 25, 60 і 100 мікрон далекого інфрачервоного діапазону, показані відповідно блакитним, зеленим і червоним кольором. Це випромінювання виходить від холодної міжзоряного пилу. Блідо-блакитне фонове випромінювання породжується межпланетарной пилом в Сонячній системі. На нижньому зображенні скомбіновані дані по випромінюванню на довжинах хвиль 1,2, 2,2 і 3,4 мікрон в ближньому інфрачервоному діапазоні, показані відповідно блакитним, зеленим і червоним кольором.

Нова карта Чумацького Шляху

Чумацький Шлях можна класифікувати як спіральну галактику. Як уже сказано, він складається з основного тіла в формі плоского диска діаметром більше 100 000 світлових років, всередині якого знаходиться велика частина зірок. У диска некомпактності будова, і очевидна його нерівна структура, що починається з ядра і розповсюджується до периферії Галактики. Це спіральнігілки областей найбільшої щільності матерії, т.зв. спіральні рукави, в яких йде процес утворення нових зірок, що починається в міжзоряних газопилових хмарах. Про причини виникнення спіральних рукавів можна сказати нічого, крім того, що рукава виникають при чисельному моделюванні народження галактики завжди, якщо задані досить великі маса і момент обертання.

Згенерована на комп'ютері нова тривимірна модель Чумацького шляху з реальним розташуванням сотень тисяч туманностей і зірок.
© National Geographic Society, Washington DC 2005.

Обертання частин галактики

Частини галактики обертаються з різною швидкістю навколо її центру. Якби ми могли подивитися на Галактику «зверху», ми побачили б щільне і яскраве ядро, усередині якого зірки розташовуються дуже близько один до одного, а також рукава. У них зірки сконцентровані менш компактно.

Напрямок обертання Чумацького шляху, а також подібних спіральних галактик (вказано на карті в лівому нижньому кутку при збільшенні) таке, що спіральні рукави як би закручуються. І тут необхідно загострити увагу ось на якому специфічному моменті. За час існування Галактики (не менше 12 млрд. Років, по будь-яким сучасним оцінками) спіральнігілки повинні були б закрутитися навколо центру Галактики кілька десятків разів! А цього не спостерігається ні в інших галактиках, ні в нашій. Ще в 1964 році Ц. Лін і Ф. Шу з США, запропонували теорію, згідно з якою спіральні рукави являють собою не якісь матеріальні освіти, а хвилі щільності речовини, що виділяються на рівному тлі галактики перш за все тому, що в них йде активне зореутворення, що супроводжується народженням зірок високої світності. Обертання спірального рукава не має ніякого відношення до руху зірок по галактичним орбітах. На невеликих відстанях від ядра орбітальні швидкості зірок перевищують швидкість рукава, і зірки "втікають" в нього з внутрішньої сторони, а залишають із зовнішнього. На великих відстанях все навпаки: рукав як би набігає на зірки, тимчасово включає їх до свого складу, а потім обганяє їх. Що стосується яскравих ОB -звёзд, що визначають малюнок рукава, то вони, народившись в рукаві, в ньому і закінчують свою відносно коротку життя, не встигаючи залишити рукав за час свого існування.

Газове кільце і рух зірок

За однією з гіпотез будови Чумацького Шляху, між центром Галактики і спіральними рукавами розташовано ще т.зв. "Газове кільце". Газове кільце містить мільярди сонячних мас газу і пилу і є місцем активного зореутворення. Ця область сильно випромінює в радіо і інфрачервоному діапазоні. Вивчення даного освіти проводилося по хмарах газу і пилу, розташованим вздовж променя зору, і тому вимірювання точних відстаней до цього утворення, як і його точна конфігурація дуже ускладнені і до сих пір існують два основних думки вчених з цього приводу. Відповідно до першого, вчені вважають, що це утворення є не кільцем, а згрупованих спіралями. Згідно з іншим думку, це утворення можна вважати кільцевим. Імовірно воно розташоване на відстані між 10 і 16 тис. Світлових років від центру.

Існує спеціальний розділ астрофізики, що вивчає рух зірок у Чумацькому Шляху, він називається «зоряна кінематика».

Для полегшення завдання зоряної кінематики зірки поділяють на сімейства за певними ознаками, віком, фізичним даним, розташуванню всередині Галактики. У переважної більшості молодих зірок, сконцентрованих в спіральних рукавах, швидкість обертання (щодо центру Галактики, зрозуміло) становить кілька кілометрів в секунду. Вважається, що у подібних зірок було занадто мало часу для взаємодії з іншими зірками, вони «не використали» взаємне тяжіння для підвищення швидкості обертання. У зірок середнього віку швидкість вище.

Найвища швидкість у старих зірок, вони розташовані на сферичному гало, що оточує нашу Галактику до відстані в 100000 світлових років від центру. Їх швидкість перевищує 100 км / с (як у кульових зоряних скупчень).

У внутрішніх областях, де зірки щільно сконцентровані, Галактика в своєму русі проявляє себе аналогічно до твердого тіла. У цих областях швидкість обертання зірок прямо пропорційна їх відстані від центру. Крива обертання буде виглядати як пряма лінія.

На периферії Галактика в русі вже не схожа на тверде тіло. У цій частині вона недостатньо щільно «заселена» небесними тілами. «Крива обертання» для периферійних областей буде «кеплеровской», аналогічно правилу про неоднаковою швидкості руху планет в Сонячній системі. Швидкість звернення зірок у міру віддалення від центру галактики зменшується.

Зоряні скупчення

Знаходяться в постійному русі не тільки зірки, але і інші небесні об'єкти, які населяють Чумацький Шлях: це розсіяні і кульові зоряні скупчення, туманності і т.д. Особливої ​​вивчення заслуговує рух кульових зоряних скупчень - щільних утворень, до складу яких входять сотні тисяч старих зірок. Ці скупчення мають чітку сферичну форму, вони рухаються навколо центру Галактики по витягнутих еліптичних орбітах, нахиленим до її диску. Швидкість їх руху становить в середньому близько двохсот км / с. Кульові зоряні скупчення перетинають диск з періодичністю в кілька мільйонів років. Будучи досить щільно згрупованими утвореннями, вони відносно стабільні і не розпадаються під впливом тяжіння площині Чумацького Шляху. По-іншому йдуть справи з розсіяними зоряними скупченнями. До їх складу входять кілька сотень або тисяч зірок, причому вони знаходяться в основному в спіральних рукавах. Зірки там розташовані не так близько один до одного. Вважається, що розсіяні зоряні скупчення мають тенденцію до розпаду через кілька мільярдів років існування. Кульові зоряні скупчення - старі за часом освіти, вони можуть мати вік близько десяти мільярдів років, розсіяні скупчення значно молодше (рахунок йде від мільйона до десятків мільйонів років), дуже рідко їх вік перевищує один мільярд років.