Млечный путь

Цефеиды маяки Вселенной

В понимании строения «собственной» Галактики большую роль сыграли исследования туманности Андромеды. Туманные пятна на небосводе были известны давно, но их считали либо клочками, оторвавшимися от Млечного Пути, либо сливающимися в сплошную массу далекими звездами

Но одно из таких пятен, известное как туманность Андромеды, было самым ярким и привлекало к себе наибольшее внимание. Его сравнивали и со светящимся облаком, и с пламенем свечи, а один астроном даже считал, что в этом месте хрустальный купол небес тоньше, чем в других, и на Землю сквозь него льется свет Царства Божьего

Туманность Андромеды действительно захватывающее зрелище. Если бы наши глаза были более чувствительны к свету, она предстала бы нам не маленьким вытянутым туманным пятнышком, где-то в четверть лунного диска (это ее центральная часть), а образованием, в семь раз превышающим полную Луну. Но и это еще не все. Современные телескопы видят туманность Андромеды такой, что на ее площади умещается до 70 полных лун. Понять структуру туманности Андромеды удалось лишь в 20-х годах прошлого века. Это сделал с помощью телескопа с поперечником зеркала 2,5 м американский астрофизик Эдвин Хаббл. Он получил снимки, на которых красовался, теперь уже сомнений не было, гигантский звездный остров, состоящий из миллиардов звезд, другая галактика. А наблюдение отдельных звезд туманности Андромеды позволили решить еще одну задачу вычислить расстояние до нее. Дело в том, что во Вселенной существуют так называемые цефеиды переменные звезды, пульсирующие благодаря внутренним физическим процессам, изменяющим их блеск. Эти изменения происходят с определенным периодом: чем период больше, тем выше светимость цефеиды энергия, выделяемая звездой в единицу времени. А по ней можно определить и расстояние до звезды. Так, например, цефеиды, выявленные в туманности Андромеды, позволили определить расстояние до нее. Оно оказалось огромным 2 миллиона световых лет. Впрочем, это только одна из ближайших к нам галактик, которых, как оказалось, во Вселенной великое множество.

Чем мощнее становились телескопы, тем яснее очерчивались варианты строения наблюдаемых астрономами галактик, которые оказались очень необычными. Среди них есть так называемые неправильные, не имеющие симметричной структуры, есть эллиптические, а есть спиральные. Вот они-то и кажутся наиболее интересными и загадочными. Представьте себе ярко сияющую сердцевину, из которой выходят исполинские светящиеся спиральные ветви. Есть галактики, у которых ярче выражена именно сердцевина, а у других доминируют ветви. Существуют и галактики, где ветви выходят не из сердцевины, а из особой перемычки бара.

Коричневый карлик

На рисунке художника изображен реально существующий объект, принадлежащий к промежуточному классу между звездами и планетами. В науке для него употребляется термин «коричневый карлик». Впервые такой объект был открыт в 1996 г., а в последнее время их находят все больше.

Эти газовые шары размером примерно с Юпитер, однако больше его по массе минимум в 13 раз. Отличие коричневых карликов от планет-гигантов в том, что в их недрах температура и плотность достаточны для того, чтобы, как и в звездах, происходили реакции термоядерного синтеза. Но, в отличие от звезд, их температура и масса недостаточны, чтобы началось превращение водорода в гелий, которое обеспечивает звездам длительное свечение. В них горят редкие элементы — дейтерий и литий. Эта реакция может поддерживаться только непродолжительное время, а потом прекращается — и коричневый карлик медленно остывает, постепенно превращаясь в холодный газовый шар.

Как увидеть Млечный Путь?

Хорошие новости заключаются в том, что Млечный Путь виден круглый год, независимо от вашего местоположения на Земле. Но его центр, самая яркая и зрелищная часть Млечного Пути, иногда исчезает из нашего поля зрения из-за вращения Земли.

Вот несколько вещей, которые нужно знать, чтобы наблюдать Млечный Путь и Галактический центр:

Галактический центр находится в созвездии Козерога и, как и само созвездие, виден только в широтах от +55º до -90º. Если вы живете выше +55º, то не сможете увидеть Галактический центр! Вам будет видна только его часть, которую лучше всего наблюдать до и после лета.
В Северном полушарии Галактический центр виден с марта по октябрь.
В Южном полушарии центр галактики виден с февраля по октябрь.
Центр Млечного Пути нельзя увидеть в оставшиеся месяца, потому что в это время он находится слишком близко к Солнцу.
В южных широтах условия для наблюдения лучше, потому что там пик видимости центра галактики приходится на зимний сезон, когда ночи дольше и темнее.
В начале сезона видимости Галактический центр можно увидеть незадолго до рассвета. Со временем период его видимости увеличивается, а пик наступает в июне-июле. В течение этих месяцев центр можно наблюдать всю ночь.
Вам нужно найти очень темное место без светового загрязнения. Для этого вам пригодятся: NASA’s Blue Marble, International Dark Sky locations, Dark Site Finder. Или найдите ближайшую обсерваторию — они всегда расположены в самых темных местах.
Небо должно быть чистым и безоблачным. Чтобы узнать, когда наступит такая ночь, можно использовать астрономическое приложение, которое показывает условия наблюдения. Например, бесплатное приложение Sky Tonight, которое может работать без подключения к интернету.
Фаза Луны очень важна. Идеально подойдет новолуние, когда свет Луны не помешает наблюдениям.
Если вы планируете фотографировать Млечный Путь и его центр, воспользуйтесь инструментами, которые помогут визуализировать расположение галактики в небе. Мы советуем приложение Ephemeris, которое предсказывает видимость Млечного Пути и точное положение его ядра. Также Ephemeris поможет быстро найти и проверить подробную информацию про Солнце, Луну, Млечный Путь на любую дату и время.

История и будущее Млечного Пути

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

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

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

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

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

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

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

Типы звездных скоплений

Рассеянные звездные скопления

Рассеянные звездные скопления называют так, потому что отдельные звезды можно легко разрешить. Например, Плеяды и Гиады настолько близки, что отдельные звезды без проблем удается рассмотреть невооруженным глазом. Иногда их называют галактическими скоплениями, так как они расположены в пыльных спиральных рукавах. Звезды в открытом скоплении обладают общим происхождением (сформировались и одного и того же начального молекулярного облака). Обычно в скоплении вмещается несколько сотен звезд (могут достигать нескольких тысяч).

Звезды связаны гравитацией, но она довольно слабая. Скопление вращается вокруг галактики и на финальной стадии рассеивается из-за гравитационного контакта с более сильными объектами. Полагают, что Солнце появилось в открытом скоплении, которого сейчас уже нет. Поэтому это всегда молодые объекты. В Плеядах все еще заметна туманность, намекающая на недавнее формирование.

Открытые скопления наполнены звездами населения I – молодые и с высоким уровнем металличности. В ширине охватывают от 2 до 20 парсеков.

Шаровые звездные скопления

Шаровые скопления галактик вмещают от пары тысяч до миллиона звезд, расположенных в сферической гравитационной системе. Они находятся в ореоле и представляют собою наиболее древние звезды – население II (развитые, но низкая металличность). Скопления настолько старые, что любая звезда (выше G или F класса) уже перешагнула главную последовательность. В шаровом скоплении мало пыли и газа, потому что там не формируются новые звезды. Плотность во внутренних областях намного выше, чем на участках возле Солнца.

В шаровых скоплениях звезды также разделяют общее происхождение. Но этот тип прочно удерживает объекты гравитацией (звезды не рассеиваются). Во Млечном Пути находится примерно 200 шаровых скоплений. Среди них можно вспомнить 47 Тукана, М4 и Омега Центавра. Хотя насчет последнего есть предположения, что это может быть карликовая сфероидальная галактика.

Класс и общее строение

Наша галактика — это типичная спиральная галактика с перемычкой SBbc. Сейчас считается, что спиральные галактики составляют 55% всех галактик во Вселенной. А галактики с перемычкой — самый распространенный подтип — две трети всех спиральных галактик. «Звездные острова» со спиральными перемычками считаются учеными довольно молодым типом галактик. Со временем, когда ресурсы галактики закончатся, полоса исчезнет.

Снимок центра Млечного Пути

А в чем суть этого свитера и как он выглядит? Давайте быстро посмотрим, как устроен наш Млечный Путь. Его составные части — это единственное, в чем астрономы более или менее уверены в отношении галактик.

Вы уже точно знаете, что внутри Млечного Пути есть ядро: центральная часть галактики, концентрация ее массы, вокруг которой расположены все остальные части «звездного острова». В Млечном Пути он образован группой звезд и пылевых облаков, которые с большой скоростью движутся вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец A *. Ядро нашей галактики относится к активным, поскольку выделяет больше энергии, чем сумма всех составляющих ее звезд.
Затем идет выпуклость (от англ. Bulge, bulge) — сферическая объемная оболочка центра Млечного Пути. Он состоит из больших звезд-гигантов, старых звезд и раскаленных газов, которые вращаются вокруг ядра с невероятной скоростью. Выпуклость — самая концентрированная и яркая часть не только нашей, но и любой другой галактики. Но мы его почти не видим, потому что он закрыт для нас рукавами Млечного Пути и своей облачной оболочкой.

Центр, выпуклость и нимб

По обе стороны от выпуклости есть мост, мост, к которому прикреплены галактические рукава Млечного Пути. Часто он не выделяется как отдельная составляющая: без рукавов на заднем плане выпуклость сливается с перемычкой, оставляя лишь небольшое утолщение в центре. Коффердам можно сравнить с людным и бурным руслом реки. Здесь постоянно закачиваются потоки галактического газа и пыли, что приводит к активному образованию звезд.
Два основных рукава спирали Млечного Пути — рукава Щита-Кентавра и Персея — раскручиваются с краев переборки. Свое название они получили от совпадающих с ними созвездий земного неба. Есть как минимум 5 других ветвей поменьше, которые отходят параллельно основной. Однако они являются лишь частью галактического диска, тонкого слоя галактики, где сосредоточена большая часть видимой материи. Толщина диска Млечного Пути составляет 2000 световых лет, что довольно мало по сравнению с 180000 SL в диаметре.

Интересный факт. Рукава — очень необычная конструкция. Когда газ и пыль сохраняют свою спиральную форму и вращаются вместе с галактикой, звезды полностью независимы: они оставляют свои «родительские» рукава и улетают к другим. Есть только небольшое пространство, где движение звезд и рукавов синхронно: наше Солнце находится в этом секторе. Астрономы считают, что именно пребывание в таком спокойном месте позволило жизни на Земле сформироваться. Столкновения с галактическими пылевыми облаками и тесный контакт с другими звездами серьезно повлияют на солнечную планетную систему.

Галактические рукава и невидимая область Млечного Пути

Остальная часть галактики — ореол. Никто не знает, как далеко это заходит и где заканчивается. Гало в основном заполнено темной материей, которую нелегко обнаружить. Однако он также содержит видимые части. В астрономии их называют сфероидальной составляющей Млечного Пути. Это те светила и видимые газовые облака, которые не входят в звездный диск, например шаровые скопления. Содержащиеся в них светила сбиты очень близко: в них в 700-7000 раз больше звезд на парсековый куб!

Шаровые скопления звезд движутся по вытянутым орбитам вокруг Млечного Пути и не соприкасаются с его диском из газа и пыли, «заправочной станцией» звездообразования. Следовательно, у них почти нет газа, и все звезды примерно одного поколения. Но есть кластеры, которые выходят за рамки этого правила. Они очень плотные, их масса достигает миллионов масс Солнца и состоят из звезд разного возраста.

Спутники Млечного Пути

Тайна происхождения столь необычных объектов оказалась простой: это остатки ядер тех галактик, которые в прошлом поглотил Млечный Путь. Невероятно, но это «кости» бывших спутников, составляющих около четверти всех шаровых звездных скоплений в нашей галактике.

Вращение частей галактики

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.