Галактики

Гало

Гало, а простыми словами сферическая форма, которая окутывает диск Млечного пути. Она состоит в основном из звезд и скоплений, которым уже много тысяч лет.

Учеными было выявлено предположение, что Гало образовалось 12 миллиардов лет назад. Данные выводы сделаны после исследований нескольких весьма старых объектов.

К слову, все объекты в гало вращаются по орбитам. Происходит это за счет влияния диска на гало. Гало считается полностью сформированной структурой. Здесь не появляются новых звезд, ведь нет и предпосылок для них. И если в диске имеются пыль, газы, из которых образовываются новые звезды, то в гало этого нет.

Место Млечного пути во Вселенной

Млечный путь вместе со своей подгруппой входит в состав Местной группы галактик. Так же в него входит подгруппы галактик Андромеда и Треугольник.

Местная группа является частью Местного сверхскопления галактик или Сверхскопления Девы.

Сверхскопление Девы, в свою очередь, входит в состав волокнистой структуры Ланиакеи. В состав этой структуры входит 100 тыс. галактик и все они движутся к Великому Аттрактору – центру тяжести Ланиакеи и центром притяжения. Скорость движения равна 600 км/с. Сам Великий Аттрактор находится на расстоянии в 250 млн св. лет от Земли, а его масса в ​\( 10^{16} \)​ раз превосходит массу Солнца. Что находится за Великим Аттрактором – не известно.

Но сама Ланиакея входит в состав Комплекса сверхскопления Рыба-Кит.

Местная группа галактик

В нашем собственном районе местная группа, состоящая из Андромеды, Млечного Пути, Треугольника и, возможно, 50 меньших карликовых галактик, находится на окраине сверхскопления Ланиакея. Наше местоположение помещает нас примерно в 50 000 000 световых лет от основного источника массы: массивного скопления Девы, которое содержит более тысячи галактик размером с Млечный Путь. По пути можно найти много других галактик, групп галактик и небольших скоплений.

В еще больших масштабах скопление Девы является лишь одним из многих в той части Вселенной, которую мы нанесли на карту, наряду с двумя ближайшими: скоплением Центавра и скоплением Персея-Рыб. Там, где галактики наиболее сконцентрированы, представляют собой самые большие скопления массы; там, где линии соединяют их вдоль нитей, мы находим «нити» галактик, похожие на жемчужины, слишком тонкие на ожерелье; и в больших пузырьках между нитями мы находим огромную недостаточную плотность материи, поскольку эти области отдали свою массу более плотным.

Млечный Путь окружают другие, более мелкие галактики.

Если мы посмотрим на наше собственное окружение, то обнаружим, что существует большая коллекция из более чем 3000 галактик, которая составляет крупномасштабную структуру, включающую нас, Деву, Льва и многие другие окружающие группы. Плотное скопление Девы – самая большая его часть, составляющая чуть более трети общей массы, но в нем есть много других концентраций массы, включая нашу собственную локальную группу, соединенных вместе невидимой силой гравитации и невидимыми нитями темной материи.

Проблемы современных моделей

Каждая из современных космологических моделей несовершенна и не может в полной мере объяснить ни форму Вселенной, ни ее эволюционное развитие.

Наиболее важные проблемы современных моделей:

1. Сингулярность. Под космологической сингулярностью подразумевают начальное состояние Вселенной до Большого взрыва. Вещество в состоянии сингулярности характеризуется бесконечной плотностью и температурой. В данной точке неприменимы все известные стандартные законы физики, поэтому описать процессы, происходившие до Большого взрыва, не представляется возможным.
2. Геометрия Вселенной. Ученые не могут достоверно сказать, является ли Вселенная пространственно плоской и применимы ли к ней законы Евклидовой геометрии. Существует множество пространственных моделей Вселенной, но ни одна из них не описывает в полной мере все сложные процессы, наблюдаемые в Метагалактике.
3. Конечность. Дискуссионным является вопрос о наличии у Вселенной границ или ее бесконечной протяженности в пространстве.
4. Изотропность. Под изотропией или изотропностью понимают одинаковость физических свойств во всех направлениях. Для того чтобы объяснить эту характеристику Метагалактики, придумывают разные теории. Например, концепция изначально вращающейся Вселенной предполагает, что именно вращением можно объяснить одинаковое распространение энергии после Большого взрыва.
5. Барионная асимметрия. Барионы — это семейство элементарных частиц: протон, нейтрон и другие. Ученые предполагают, что в начале существования Вселенной количество материи и антиматерии было одинаковым. Но в настоящее время наблюдается барионная асимметрия — преобладание в Метагалактике вещества над антивеществом. Достоверного объяснения этого факта не существует.

Что такое Галактика?

Прежде чем мы приступим к решению такого вопроса, как сколько галактик во Вселенной, давайте сначала определим, что такое галактика.

Галактика — это система из пыли, газа, звезд и темной материи, удерживаемых вместе гравитацией.

Слово «галактика» происходит от греческого слова «galaxias», что означает «молочный».

Это отсылка к нашему Млечному Пути — первой известной нам галактике.

По мере расширения наших знаний о Вселенной мы обнаружили, что Млечный Путь не одинок.

На самом деле, это всего лишь один из триллионов.

В прошлом такие галактики, как Галактика Андромеды, назывались «туманностями».

Считалось, что эти туманности были частью Млечного Пути.

К 1920 году это давнее убеждение было оспорено Великими дебатами.

В этом споре обсуждалась природа этих «туманностей» и просторы Вселенной в целом.

В этих дебатах астроном Хибер Кертис (Heber Curtis) назвал эти так называемые туманности «островными вселенными» и что они независимы и отделены от Млечного Пути.

Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) позже подтвердил это утверждение.

Галактики различаются по форме и размеру.

Некоторые из них являются отличными местами для звездообразования.

Большинство галактик имеют сверхмассивные черные дыры в центре.

Есть также галактики, которые взаимодействуют и находятся в процессе столкновения друг с другом.

Типы галактик

Когда дело доходит до размера, те, которые содержат несколько миллионов звезд, называются карликовыми галактиками.

Более крупные с триллионами звезд классифицируются как гигантские галактики.

Галактики также классифицируются по внешнему виду: спиральные, эллиптические и неправильные.

• Спиральные галактики: имеют дискообразную форму с центральными выпуклостями и спиральными рукавами (могут быть обычными спиралями или спиралями с перемычкой);
• Эллиптические галактики: имеют форму от круглой до вытянутой;
• Неправильные галактики: ни спиральной, ни эллиптической формы.

Помимо основных трех типов галактик, существуют и другие классификации.

Это пекулярные галактики, линзовидные галактики и ультрадиффузные галактики.

Вселенная определена

Вселенная или космос — это в основном все.

По данным НАСА, это все материя и энергия в космосе.

Он включает в себя галактики, звезды, планеты, луны, астероиды, кометы и время.

Самое главное, поскольку мы живем на Земле, мы тоже являемся частью Вселенной.

Вселенная также включает в себя вещи, которые мы не можем видеть.

Поскольку мы являемся лишь небольшой его частью, мы еще многого не поняли об этом очень большом месте.

Звезды, планеты, луны и каждый объект, который мы видим, составляют лишь около 5% всей Вселенной.

Остальные 95% до сих пор остаются большой загадкой.

Это невидимое вещество астрономы называют темной материей и темной энергией.

Термин «темный» не имеет ничего общего с цветом этого материала.

Их называют так потому, что они практически невидимы и ученые не могут наблюдать их напрямую.

Основные характеристики и параметры Млечного Пути

Одна из главных особенностей нашей галактики – способность поглощать другие скопления. Вокруг Млечного Пути движется несколько галактик, попадающих под его влияние и затягивающихся в его рукава. На данный момент Млечный Путь поглощает небольшую галактику в созвездии Стрельца.

Однако наша галактика взаимодействует и с Андромедой – значительно большим по размерам звездным скоплением. Через несколько миллиардов лет Млечный Путь будет поглощен им.

Основные характеристики Млечного Пути такие:

• относится к спиральным галактикам;
• является элементом Местной группы с другими звездными скоплениями;
• диаметр – около 100 тыс. св. лет;
• количество звезд – 200 – 400 миллиардов;
• расстояние Солнца от центра – 27 тыс. св. лет;
• скорость вращения Солнечной системы вокруг центра – около 230 км/с;
• масса – примерно в 3 триллиона раз больше массы Солнца;
• возраст – приблизительно 13,7 млрд. световых лет.

Масса

Узнать, сколько весит такой громадный объект во Вселенной, помогли расчеты. За основу было взято количество звезд в нашей галактике – как минимум 200 млрд, и предположено, что каждая из них весит столько, сколько Солнце. Общая их масса составляет 4% галактической. Газ (водород и гелий) весят в 3 раза больше, чем все 200 млрд звезд. Остальная масса приходится на темную материю. Итого Млечный Путь весит как минимум столько, сколько 3 трлн. Солнц. В тоннах это будет примерно 6*1039.

Размер

Размер Млечного Пути – свыше 100 тыс. световых лет в диаметре, или более 940 квадриллионов километров. Толщина Галактики – около 1000 световых лет.

В 2020 году ученые сообщили, что диаметр Галактики может достигать 1,9 млн. световых лет. Такая информация еще не подтверждена.

Сколько звезд

Точное количество звезд в Галактике не установлено. По нынешним оценкам, их от 200 до 400 миллиардов. Предполагается также, что в Млечном Пути находится до 100 млрд. коричневых карликов. Это промежуточные между звездами и планетами объекты. Их масса меньше солнечной в 13 – 77 раз.

В недрах коричневых карликов поддерживаются термоядерные реакции. Однако их мощность не сопоставима со светимостью такого небесного тела. Кроме того, они постепенно сжимаются и тускнеют. Наиболее холодные коричневые карлики имеют температуру, сравнимую с земной, а наиболее горячие нагреты до 2800 градусов по Кельвину.

Светимость

Полная светимость Галактики равна примерно 20 млрд. светимостей Солнца. В абсолютных показателях это невообразимая мощность – порядка 8∙1036 Вт. Звездная величина Млечного Пути равна –21.

Как изучают галактики

Великий Кант уже в 1755 году предвидел, что галактика может состоять из огромного количества звёзд и вращаться. У. Гершель в 1780 году подтвердил эту гипотезу. Он произвёл систематический подсчёт видимых светил, и на основе наблюдений ему удалось составить трёхмерную структуру Млечного Пути.

А в 1936 году  галактики были классифицированы Э. Хабблом. Этой классификацией пользуются и ныне. Ему также удалось определить расстояние до Туманности Андромеды, правда, с большой погрешностью. Но главное, что было им установлено что Вселенная не ограничена Млечным Путём.

Используя эффект Доплера (точнее, его следствие — красное смещение) в спектрах галактик установлено, что все наблюдаемые галактики – за исключением ближайших – удаляются от нас.И чем больше удалённость наблюдаемого объекта, тем выше его скорость. Из этого может следовать только одно: в очень далёком будущем остальные галактики и звёзды просто исчезнут из виду, так как свет от них уже не будет до нас долетать. А наша галактика сольется с Туманностью Андромеды.

Млечный путь и его окружение

Долгое время считалось, что Млечный путь – это и есть вся вселенная. Постепенно знания человечества развивались, появлялись новые технические возможности, и стало ясно, что это лишь малая часть вселенной.
С самого момента большого взрыва вселенная находится в постоянном движении. Космос изменчив, галактики движутся, образуют скопления, объединяются и поглощают друг друга. Более мелкие галактики и туманности попадают в поле гравитации более массивных соседей.
Млечный путь обладает своими спутниками, это Магеллановы облака и некоторое количество карликовых галактик. Не все они ещё изучены и названы.
Все они находятся в гравитационной взаимосвязи с нашей галактикой. Интересна карликовая галактика Тукан 3, в которой исследователи обнаружили звёздный поток. Это показатель того, что сейчас она разрушается под действием приливных сил, подобно спутнику Марса Фобосу. Разница в том, что галактика состоит из звёзд, и они могут влиться не разрушаясь. В поле воздействия так же находится несколько скоплений звёзд, которые не являются галактиками.
Рядом с нашей галактикой находится самый большой объект в Местной группы – галактика Андромеда. Чуть дальше находится туманность Треугольника. В местной группе с нами соседствуют неправильные галактики и эллиптические галактики, некоторые так хорошо видны с Земли, что вошли в созвездия.

Космическая геометрия

Для последующих рассуждений нужно помнить, что согласно общей теории относительности, пространство может искривляться массой, а форма Вселенной зависит от того, насколько плотно вся материя распределена по ней.

Ученые рассчитали «критическую плотность» Вселенной. Она пропорциональна квадрату постоянной Хаббла, и зависит от скорости расширения Вселенной. Сейчас это число равно 8,54*10-30 г/см3.

Сравнение критической плотности с фактической позволяет сделать расчёты касательного того, как выглядит Вселенная и что ждёт её в будущем.

• Если плотность больше критического значения, то наша Вселенная замкнута и изогнута как сфера. При этом достаточное количество массы рано или поздно остановит расширение, и может быть запущен обратный процесс — сжатие.
• Если плотность меньше критической отметки, то расширение Вселенной ничто не остановит и процесс будет вечным. В этом случае форма нашего мира должна быть изогнутой, напоминая седло. Это модель открытой Вселенной.
• Если фактическая плотность Вселенной равна критической плотности, то форма её форма просто плоская и не имеет никаких изгибов. Расширение хоть и будет замедляться, но парадоксально то, что на это уйдёт бесконечное количество времени. Если всё так, то Вселенная действительно бесконечная по размеру. При желании её можно представить, как постоянно растущую плоскость с неопределяемыми границами.

Так какая плотность сейчас?

Согласно последним исследованиям, средняя плотность Вселенной равна критической с погрешностью 1%, и это может быть основанием считать наш мир плоским. До границы такой Вселенной никак не добраться, т.к. пришлось бы превысить скорость света, а это невозможно.

Где находится

Не так давно, профессора решили провести исследования и узнать, в каком месте находится Млечный путь, наша галактика, и собственно сами мы. Наша галактика входит в область, которая называется Ланиакея.

Это область имеет множество скоплений с большой протяженностью, но она является далеко не самой крупной во всей вселенной. Есть области и покрупнее, но именно Ланиакея имеет большую массу. Конечно, ученым нелегко даются исследования о движении в Ланиакеи. Но на данное время считают, что наш Млечный путь уходит вглубь всех скоплений.

Безусловно, Млечный путь это невероятная вещь. Он имеет необъятные размеры и потрясающие факты. Ученые-профессора только начали изучение этого феномена, внутри которого есть жизнь, то есть мы с вами.

И для того, чтобы узнать все тайны, которые скрывает от нас Млечный путь и наша галактика стоит запастись большим опытом, новыми технологиями и жутким желанием узнать все о нашем мире.

Естествоиспытателям понадобятся еще многие десятки лет, чтобы понять, как все устроено, в какую сторону все меняется и движется. А как вы думаете, может ли один человек изменить ход целой галактики? Или мы можем только наблюдать за ней?

Исследовать и любоваться? Но насколько же потрясающая эта наука — астрономия. Сколько всего в ней хранится… Информация о нашей вселенной предполагается не только для взрослых, но и для детей. Но я думаю интерес к этому точно возникает.

Методы изучения

Так как же была получена вся эта интересная информация о тайнах Вселенной? Учёные пользуются сразу несколькими методами изучения мироздания:

• Оптический, с помощью телескопа. Устройство собирает свет — один из самых информативных источников сведений о космических процессах, и это позволяет наблюдать отдалённые объекты.
• Спектральный анализ. В этом методе также используется телескоп, но на сей раз усовершенствованный спектрографом. Прибор разлагает спектр на составные части, расшифровав которые, можно получить данные о химическом составе объекта и скорости его движения, а также определить температуру источников излучения.
• Космическое радиоизлучение. Для такого метода необходим телескоп, регистрирующий радиоволны. Их посылают объекты из самых удалённых областей Вселенной, а также ионизированный горячий газ и нейтральный водород межзвёздного пространства. По данным радиотелескопа делаются выводы о расстоянии до небесных тел и скорости их движения.
• Нейтринная астрофизика. В рамках этого метода нейтринные телескопы регистрируют частицы малой энергии, рождающиеся во время термоядерных реакций, которые являются источником энергии Солнца. Вычисление величины потока нейтрино позволяет определять характер физических процессов, протекающих в недрах звезды.
• Внеатмосферная астрономия. Её отличие от других методов заключается в том, что вся аппаратура выносится в межпланетное пространство. Это позволяет устранить атмосферные помехи в виде неоднородностей, вызывающих дрожание изображения в телескопе, и довести пространственное разрешение прибора до дифракционных значений.
• Инфракрасная, ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма-астрономия. Соответствующие телескопы устанавливаются на ракеты и спутники Земли, так как данные виды излучения поглощаются атмосферой планеты и зарегистрировать их на её поверхности не представляется возможным. С их помощью изучаются тусклые остывшие звёзды, экзопланеты, молекулярные облака, скопления галактик, чёрные дыры и другие объекты.

Возможно, вскоре будут открыты и другие методы изучения Вселенной. Человечество узнает о ней что-то совсем необычное, и это навсегда перевернёт представления о мироздании.

6 место. Kepler-438 b

Для разнообразия рассмотрим две планеты вне Солнечной системы, но наиболее пригодных для жизни. Не исключено, что в далёком будущем мы сможем преодолевать межзвёздное пространство за сроки, не превышающие человеческую жизнь, поэтому и далёкие миры целесообразно рассматривать как места колонизации.

Как может выглядеть Kepler-438 b

Находится Kepler-438 b в созвездии Лира на расстоянии 470 световых лет от Земли. Сегодня она считается наиболее похожей на Землю по ряду характеристик, поэтому и наличие жизни на ней оценивается очень высоко. Эта планета немного больше нашей, а её расположение от звезды оптимально для наличия воды в жидком виде и вполне приемлемой температуры. В каталоге жизнепригодных планет Kepler-438 b находиться на втором месте после Голубой планеты, а это уже о чём-то говорит.

Kepler-438 b в списке потенциально пригонных для жизни планет

Единственное, что ставит под вопрос пригодность для жизни Kepler-438 b, так это недавно обнародованные результаты наблюдений за звездой, вокруг которой вращается планета. Астрономы заметили, что эта звезда очень часто производит сильные выбросы радиационного излучения. Так что не всё так радужно, да и лететь до неё далековато. Поэтому 6 место.

Взаимодействие галактик

Галактикам свойственно двигаться, расширяться и присоединяться к другим небесным объектам. Притяжению способствуют мощные гравитационные силы. Из-за столкновения галактик друг с другом меняется их форма и размеры.

Наряду с этим, взаимодействие газа и пыли вместе с трением, которое возникает при соприкосновении небесных объектов, способствует рождению новых звезд.

Процессы длительные и непредсказуемые. При столкновении 2-ух спиральных галактик может образоваться эллиптическая. А маленькие, соединяясь с себе подобными, растут в размерах.

Даже наш Млечный Путь является результатом соединения маленького размера галактик. Сейчас же он имеет внушительные размеры.

Галактические объединения и состав галактик

Галактики состоят всего из трех компонент:

1. Тёмная материя, составляет основную часть массы
2. Межзвездный газ и пыль, которого 10 – 30%
3. Звёзды, черные дыры, нейтронные звезды, планеты, астероиды и прочая мелочь общей массой около 1%

Около 95% галактик собраны в группы. Минимальные группы насчитывают всего несколько десятков объектов, а большие — десятки тысяч. Сотни галактик объединяются в скопления, а тысячи – в сверхскопления.

Черные дыры галактики

Галактики бывают всевозможных форм и размеров, а также самых разных возрастов. Многие из них могут похвастаться черными дырами в центре. В некоторых случаях эти черные дыры в центральной части галактик могут быть невероятных размеров и проявлять небывалую активность.

В области вокруг черных дыр выделяется огромное количество энергии, которую астрономы могут наблюдать даже на больших расстояниях.

Некоторые другие галактики могут содержать такие объекты, как квазары – ядра галактик, которые содержат в себе больше всего энергии во Вселенной.

Новые черные дыры

Не так давно астрономы обнаружили 26 новых черных дыр в соседней галактике Андромеда. На сегодняшний день это самое большое скопление черных дыр, обнаруженных в галактиках, не считая Млечный путь.

Черные дыры сами по себе не излучают света, но их можно заметить благодаря излучению материала, который в них попадает. До этого в галактике Андромеда были найдены 9 черных дыр, а сейчас к ним прибавилось еще 26.

Образование галактик

Астрономы пока точно не могут сказать, как же сформировались галактики. После Большого взрыва космос состоял практически полностью из водорода и гелия.

Некоторые астрономы полагают, что с помощью гравитационных сил пыль и газ стали притягиваться. После этого стали формироваться отдельные звезды. Эти звезды стали приближаться друг к другу, появились звездные скопления, а затем и галактики.

Другие ученые считают, что вначале пыль и газ сформировали галактики, внутри которых позже появлялись звезды.

Звездные острова

В начале 20-го века многие астрономы считали, что вся Вселенная лежит в пределах нашей галактики Млечный путь. Другие оспаривали этот факт и полагали, что скопления в виде спиралей, состоявшие из газа и пыли, были отдельными объектами. Американский астроном Харлоу Шепли назвал их «звездными островами» или «островными вселенными».

7 удивительных фактов о Вселенной

В 1924 году другой американец — Эдвин Хаббл — обнаружил несколько особых пульсирующих звезд – цефеид — в некоторых так называемых туманностях и понял, что они расположены за пределами Млечного пути.

Американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953)

Таким образом, выяснилось, что некоторые объекты, которые ранее считались частью нашей галактики, на самом деле лежат гораздо дальше от нее в пределах других звездных скоплений.

После того, как Хаббл измерил расстояние до отдельных звезд, он пошел дальше и стал изменять, сколько света выделяют галактики благодаря своему движению. Он определил, что галактики вокруг Млечного путиудаляются от него на огромных скоростях.

История изучения структуры Вселенной

Разнообразные галактики, открытые в рамках проекта SINGS.

Впервые об идее крупномасштабной структуры Вселенной задумался выдающийся астроном Уильям Гершель. Именно ему принадлежат такие открытия как обнаружение планеты Уран и двух ее спутников, двух спутников Сатурна, открытие инфракрасного излучения и идея о движении Солнечной системы сквозь космическое пространство. Самостоятельно сконструировав телескоп и проведя наблюдения, он выполнил объемные подсчеты светил различной яркости в определенных областях небосвода и пришел к выводу, что в космическом пространстве существует большое множество звездных островов.

Позже, в начале ХХ-го века американский космолог Эдвин Хаббл смог доказать принадлежность некоторых туманностей к структурам, отличным от Млечного Пути. То есть было достоверно известно, что за пределами нашей галактики также существуют различные звездные скопления. Исследования в этом направлении вскоре значительно расширили наше понимание Вселенной. Оказалось, что помимо Млечного Пути в космическом пространстве существуют десятки тысяч иных галактик. В попытке составить какую-нибудь упрощенную карту видимой Вселенной ученые наткнулись на тот примечательный факт, что галактики в пространстве распределены неравномерно и составляют собою иные структуры немыслимых размеров.

Скопление галактик в созвездии Гидра