Общая характеристика галактики млечный путь. Строение Галактики – форма, размеры, динамика

Разделить на социальные группы, наша галактика Млечный Путь будет принадлежать к крепкому «среднему классу». Так, она относится к самому распространенному виду галактик, но в то же время не является средней по размеру или массе. Галактик, которые мельче Млечного Пути, больше чем тех, что крупнее его. Еще наш «звездный остров» обладает как минимум 14-ю спутниками - другими карликовыми галактиками. Они обречены кружить вокруг Млечного Пути, пока не будут им поглощены, или же не улетят прочь от межгалактического столкновения. Ну и пока что это единственное место, где наверняка существует жизнь - то есть мы с вами.

Но еще Млечный путь остается наиболее загадочной галактикой во Вселенной: находясь на самом краю «звездного острова», мы видим лишь часть из миллиардов его звезд. А галактики и вовсе невидимо - оно закрыто плотными рукавами звезд, газа и пыли. О фактах и тайнах Млечного Пути и пойдет сегодня речь.

Звездное небо издревле притягивало взгляды людей. Лучшие умы всех народов пытались осмыслить наше место во Вселенной, вообразить и обосновать ее устройство. Научный прогресс позволил перейти в деле изучения бескрайних просторов космоса от романтических и религиозных построений к логически выверенным теориям, базирующимся на многочисленном фактическом материале. Теперь любой школьник имеет представление о том, как выглядит наша Галактика согласно последним исследованиям, кто, почему и когда дал ей столь поэтичное название и каково ее предполагаемое будущее.

Происхождение названия

Выражение «галактика Млечный Путь», по сути, тавтология. Galactikos в примерном переводе с древнегреческого означает «молочный». Так жители Пелопоннеса звали скопление звезд в ночном небе, приписывая его происхождение вспыльчивой Гере: богиня не пожелала кормить Геракла, внебрачного сына Зевса, и в гневе разбрызгала грудное молоко. Капли и образовали звездную дорожку, видную в ясные ночи. Спустя столетия ученые открыли, что наблюдаемые светила — лишь ничтожная часть существующих небесных тел. Пространству Вселенной, в котором находится и наша планета, они дали название Галактика или система Млечный Путь. После подтверждения предположения о существовании и других схожих формирований в космосе первый термин стал для них универсальным.

Взгляд изнутри

Научные познания о структуре части Вселенной, включающей Солнечную систему, мало что взяли у древних греков. Понимание того, как выглядит наша Галактика, прошло эволюцию от сферического мироздания Аристотеля до современных теорий, в которых есть место черным дырам и темной материи.

Тот факт, что Земля — элемент системы Млечный Путь, накладывает определенные ограничения на тех, кто пытается выяснить, какую форму имеет наша Галактика. Для однозначного ответа на этот вопрос необходим взгляд со стороны, причем на большом расстоянии от объекта наблюдения. Сейчас наука лишена такой возможности. Своеобразным заменителем стороннего наблюдателя становится сбор данных о структуре Галактики и соотнесение их с параметрами других космических систем, доступных для изучения.

Собранные сведения позволяют с уверенностью говорить, что наша Галактика имеет форму диска с утолщением (балджем) в середине и расходящимися от центра спиральными рукавами. Последние содержат наиболее яркие звезды системы. Диаметр диска составляет более 100 тысяч световых лет.

Структура

Центр Галактики скрыт межзвездной пылью, затрудняющей изучение системы. Справиться с проблемой помогают методы радиоастрономии. Волны определенной длины легко преодолевают любые препятствия и позволяют получить столь желанное изображение. Наша Галактика, по полученным данным, имеет неоднородную структуру.

Условно можно выделить два связанных друг с другом элемента: гало и собственно диск. Первая подсистема обладает следующими характеристиками:

• по форме это сфера;

• центром ее считается балдж;
• наибольшая концентрация звезд в гало характерна для его срединной части, с приближением к краям плотность сильно уменьшается;
• вращение этой зоны галактики довольно медленное;
• в гало в основном встречаются старые звезды с относительно небольшой массой;
• значительное пространство подсистемы заполнено темной материей.

Галактический диск по плотности звезд сильно превышает гало. В рукавах встречаются молодые и даже только формирующиеся

Центр и ядро

«Сердце» Млечного Пути находится в Без его изучения тяжело понять до конца, какова наша Галактика. Название «ядро» в научных трудах либо относится только к центральной области диаметром всего несколько парсек, либо включает в себя балдж и газовое кольцо, считающееся местом зарождения звезд. Далее будет использоваться первый вариант термина.

В центр Млечного Пути с трудом проникает видимый свет: он сталкивается с большим количеством космической пыли, скрывающей то, как выглядит наша Галактика. Фото и изображения, сделанные в инфракрасном диапазоне, значительно расширяют познания астрономов о ядре.

Данные об особенностях излучения в центральной части Галактики натолкнули ученых на мысль, что в сердцевине ядра находится черная дыра. Ее масса более чем в 2,5 млн раз больше массы Солнца. Вокруг этого объекта, по мнению исследователей, вращается еще одна, но менее внушительная по своим параметрам, черная дыра. Современные знания об особенностях структуры космоса позволяют предположить, что подобные объекты находятся в центральной части большинства галактик.

Свет и тьма

Совместное влияние черных дыр на движение звезд вносит свои коррективы в то, как выглядит наша Галактика: оно приводит к специфическим изменениям орбит, нехарактерным для космических тел, например, вблизи Солнечной системы. Изучение этих траекторий и соотношения скоростей движения с удаленностью от центра Галактики легло в основу активно развивающейся сейчас теории о темной материи. Природа ее пока покрыта тайной. Присутствие темной материи, предположительно составляющей подавляющую часть всего вещества во Вселенной, регистрируется лишь по воздействию гравитации как раз на орбиты.

Если рассеять всю космическую пыль, что скрывает от нас ядро, взору откроется поразительна картина. Несмотря на концентрацию темной материи, эта часть Вселенной полна света, излучаемого огромным количеством звезд. На одну единицу пространства их здесь в сотни раз больше, чем вблизи Солнца. Примерно десять миллиардов из них образуют галактический бар, также называемый перемычкой, не совсем обычной формы.

Космический орешек

Изучение центра системы в длинноволновом диапазоне позволило получить подробное инфракрасное изображение. Наша Галактика, как оказалось, в ядре имеет структуру, напоминающую арахис в скорлупе. Этот «орешек» и есть перемычка, включающая в себя более 20 млн красных гигантов (ярких, но менее горячих звезд).

От концов бара расходятся спиральные рукава Млечного Пути.

Работа, связанная с обнаружением «арахиса» в центре звездной системы, не только пролила свет на то, какая наша Галактика по структуре, но и помогла понять, как она развивалась. Изначально в пространстве космоса существовал обычный диск, в котором со временем образовалась перемычка. Под влиянием внутренних процессов бар изменил свою форму и стал походить на орех.

Наш дом на космической карте

Активное происходит как в перемычке, так и в спиральных рукавах, которыми обладает наша Галактика. Название им дали по созвездиям, где были обнаружены участки ответвлений: рукава Персея, Лебедя, Центавра, Стрельца и Ориона. Вблизи последнего (на расстоянии не менее 28 тысяч световых лет от ядра) и находится Солнечная система. Эта область обладает определенными характеристиками, по мнению специалистов, сделавшими возможным возникновение жизни на Земле.

Галактика и наша Солнечная система вместе с ней вращаются. Закономерности движения отдельных составляющих при этом не совпадают. звезд временами то входит в состав спиральных ответвлений, то отделяется от них. Лишь светила, лежащие на границе коротационной окружности, не совершают подобные «путешествия». К ним относится и Солнце, защищенное от мощных процессов, постоянно протекающих в рукавах. Даже незначительное смещение свело бы на нет все остальные преимущества для развития организмов на нашей планете.

Небо в алмазах

Солнце - лишь одно из многих подобных тел, которыми полна наша Галактика. Звезды, одиночные или сгруппированные, общим числом превышают по последним данным 400 млрд. Ближайшая к нам Проксима Центавра входит в систему из трех звезд вместе с чуть более удаленными Альфой Центавра A и Альфой Центавра B. Самая яркая точка ночного неба, Сириус A, находится в Ее светимость по разным данным превышает солнечную в 17-23 раза. Сириус также не одинок, его сопровождает спутник, носящий аналогичное название, но с маркировкой B.

Дети часто начинают знакомиться с тем, как выглядит наша Галактика, с поиска на небе Полярной звезды или Альфы Малой Медведицы. Популярностью своей она обязана положению над Северным полюсом Земли. По светимости Полярная значительно превышает Сириус (почти в две тысячи раз ярче Солнца), но она не может оспаривать права Альфы Большого Пса на звание самой яркой из-за удаленности от Земли (по оценкам от 300 до 465 световых лет).

Типы светил

Звезды отличаются не только светимостью и удаленностью от наблюдателя. Каждой приписывается определенная величина (за единицу берется соответствующий параметр Солнца), степень нагрева поверхности, цвет.

Наиболее внушительными размерами обладают сверхгиганты. Самой большой концентрацией вещества в единице объема отличаются нейтронные звезды. Цветовая характеристика неразрывно связана с температурой:

• красные самые холодные;
• нагрев поверхности до 6 000º, как у Солнца, порождает желтый оттенок;
• белые и голубые светила обладают температурой более 10 000º.

Может меняться и достигать максимума незадолго до ее коллапса. Взрывы сверхновых вносят огромный вклад в понимание, как выглядит наша Галактика. Фото этого процесса, полученные телескопами, поражают.
Собранные на их основе данные помогли восстановить процесс, приведший к вспышке, и спрогнозировать судьбу ряда космических тел.

Будущее Млечного Пути

Наша Галактика и другие галактики постоянно находятся в движении и взаимодействуют. Астрономы установили, что Млечный Путь неоднократно поглощал соседей. Подобные процессы ожидаются и в будущем. Со временем в него войдут Магелланово Облако и еще ряд карликовых систем. Самое же внушительное событие ожидается через 3-5 млрд лет. Это будет столкновение с единственным соседом, который виден с Земли невооруженным глазом. В результате Млечный Путь станет эллиптической галактикой.

Бескрайние просторы космоса поражают воображение. Обывателю трудно осознать масштабность не только Млечного Пути или всей Вселенной, но даже Земли. Однако благодаря достижениям науки мы можем представить себе хотя бы приблизительно, частью какого грандиозного мира являемся.

Наша Галактика состоит из 200 млрд. звезд с их планетами, образующих гигантский сплющенный диск с отходящими спиральными ветвями и балджем (вздутием) в центре.
Трехмерная модель Млечного пути

Если смотреть с Земли вдоль плоскости этого диска, Галактика представляется в виде опоясывающей небо серебристой ленты из звезд и светящихся газов - это Млечный Путь . Всю нашу Галактику называют Галактикой Млечного Пути.
Название Млечный Путь распространено в западной культуре и является калькой с лат. via lactea «молочная дорога», которое, в свою очередь, калька с др.-греч. ϰύϰλος γαλαξίας «молочный круг ».
По древнегреческой легенде, Зевс решил сделать своего сына Геракла, рождённого от смертной женщины, бессмертным, и для этого подложил его спящей жене Гере, чтобы Геракл выпил божественного молока. Гера, проснувшись, увидела, что кормит не своего ребёнка, и оттолкнула его от себя. Брызнувшая из груди богини струя молока превратилась в Млечный Путь.

Галактика, состоит из одного большого плоского тела, в форме диска. Диаметр диска превышает 100 тысяч световых лет, а толщина несколько тысяч, т.е. относительно тонкий. По своей морфологии диск некомпактен, имеет сложные строения, внутри него находятся неровные структуры, которые простираются от ядра - балджа до периферии. Это так называемые «спиралевидные рукава» нашей Галактики. Рукава это зоны высокой плотности, где «из облаков межзвездной пыли и газов образуются новые звезды».

Галактика «Млечный путь» вращается вокруг своего центра. Ее диаметр - 100 000 световых лет. Балдж в поперечнике составляет приблизительно 10 000 световых лет, а его толщина - около 20 000 световых лет. В этой области Галактики находятся только старые звезды. Толщина диска, образованного спиральными рукавами, - от тысячи до 3000 световых лет.

Солнцу для того, чтобы совершить полный оборот, требуется около 225 млн. лет.
Солнце расположено на расстоянии 28 000 световых лет от центра Галактики, в рукаве Ориона.
В центре нашей Галактики находится альфа Стрельца - мощный источник радиоизлучения, который вполне может оказаться черной дырой.
Галактика со спиральными рукавами и перемычкой вращается. Считается, что силовое поле Центра галактики удерживает на своих орбитах рукава галактики.


Карта галактики Млечный Путь с нанесёнными на неё функциональными кривыми, аппроксимирующими форму рукавов.

Интересна гипотеза, согласно которой в центре галактики Млечный Путь находились две чёрные дыры , которые почти одновременно «выстрелили» свои джеты, ставшие основой для будущих рукавов галактики.
Если спроектировать принудительно такую кривую вращения, галактика Млечный Путь в ретроспективном анализе, то есть, при вращении её в обратном во времени направлении окажется с выпрямленными рукавами. Или, по крайней мере, частично выпрямленными. Рукава закручены в разной степени, поэтому при ретроспективе они не обязательно выпрямятся все вместе.
Для проектирования требуемой кривой вращения был выбран один из рукавов, который наиболее вероятно был в прошлом прямым. Для этого каждую точку этого рукава обратили вспять с такой скоростью, чтобы через несколько миллиардов лет все точки, пройдя разный путь, выстроились в прямую линию. Время на выпрямление можно задать любое, в течение которого предположительно существуют рукава. Принцип здесь един, взято не очень большое время, поскольку для большого времени потребуется много оборотов галактики и, соответственно, длительность анимации. Например, для возраста в 12 млрд. лет потребуется около 12/0,3 = 40 оборотов внешней структуры. Поэтому для простоты взято 2‑3 млрд. лет. Расчеты и все анимации можно посмотреть …
В итоге получено изображение галактики, как она выглядела бы 3 000 млн. лет назад, если бы вращалась с этой кривой вращения. Рукав Лебедя галактики Млечный Путь мог быть прямым.


И здесь мы обнаруживаем неожиданную картину. Видно, что помимо Рукава Лебедя также почти выпрямился и Рукав Центавра. Более того, весь вид галактики напоминает крест из двух пар разлетающихся в разные стороны джетов! Это похоже, что в центре галактики Млечный Путь находились две чёрные дыры, которые почти одновременно «выстрелили» свои джеты, ставшие основой для будущих рукавов галактики.
Конечно, картинка построена на основе математически аппроксимированных рукавах галактики, а время спрямления рукавов выбрано произвольно. Но и сам вид галактики нам известен лишь как математическая модель, построенная на основе астрономических наблюдений. Если эти наблюдения мы считаем достаточно точными, то и модели являются тоже достаточно точными.

Продолжим.
В одном из рукавов галактики, Рукаве Ориона находится наша Солнечная система, которая вращается по периметру галактики.
Рукав Ориона обязан своим названием находящимся вблизи него звёздам из Созвездия Ориона. Он расположен между рукавом Стрельца и рукавом Персея (двумя крупными рукавами Млечного Пути). В рукаве Ориона Солнечная система находится вблизи внутреннего края в Местном пузыре , приблизительно в 8500 парсеках от центра Галактики (смещение к Северному полюсу Галактики составляет всего 10 парсек).

Млечный путь в разрезе.

Относительно центра Млечного пути Солнечная система движется со скоростью 792 тысячи километров в час. Для сравнения: если бы вы двигались с такой же скоростью, то смогли бы совершить кругосветное путешествие за 3 минуты.


Солнечная система

Период времени, за который Солнце успевает сделать полный оборот вокруг центра Млечного пути, называется галактический год. Подсчитано, что Солнце якобы прожило всего 18 галактических лет.
Где находится Земля в галактике Млечный Путь.

Солнечная система вращается в Рукаве Ориона по спирали от центра галактики.


Полный оборот земной оси (прецессия равноденствий), равен периоду обращения Солнца в рукаве Ориона. Это так называемый год Платона, приблизительно равный 26 000 лет. За это время земная ось проходит полный круг по Зодиаку. Один месяц Великого года включает 2160 лет (25920:12), — это и есть одна космическая эпоха, время в течение которого земная ось проходит один знак Зодиака.

Считается, что наша Солнечная система в своем беге вокруг центра Галактики устремлена к созвездию Геркулеса, находящемуся в противоположном Ориону направлении.

Известно, что звездная религия древних египтян, отождествлявшая Озириса с созвездием Орион, а Исиду с Сириусом, была старше солнечного культа Амона-Ра. Вероятно, что в эту раннюю эпоху, соответствующую звездной религии египтян, высшие жрецы были осведомлены о сакральной роли Ориона-Озириса, Сириуса-Исиды в процессе создания нашего Мира. Однако позже эти знания были либо утеряны, либо намеренно сокрыты от многочисленной жреческой касты. Намного позднее на смену этого звездного культа пришли культы солнечно-зодиакальных богов.
Исходя из вышеизложенного, нет ничего удивительного в том, что создатели нашего Мира, человеческой жизни на планете Земля, прибыли из системы Орион - Сириус, высшего Мира по отношению к нашему.
Величественный и древний образ неба послужил своего рода естественным прообразом для сформированного, созданного на нашей земле. И связан он в первую голову именно с созвездием Ориона и системой звезд Сириуса.

Продолжение следует.

Наша Галактика. Загадки Млечного пути

В какой-то степени мы знаем о далеких звездных системах больше, чем о нашей родной Галактике – Млечный Путь. Исследовать его структуру трудней, чем строение любых других галактик, потому как изучать ее приходится изнутри, и многое не так легко разглядеть. Межзвездные пылевые облака поглощают свет, излучаемый мириадами отдаленных звезд.

Только с развитием радиоастрономии и появлением инфракрасных телескопов ученые смогли понять, как устроена наша Галактика. Но многие детали остаются неясны и по сей день. Даже число звезд в Млечном Пути оценивается довольно приблизительно. Новейшие электронные справочники называют цифры от 100 до 300 миллиардов звезд.

Еще не так давно считалось, что у нашей Галактики имеются 4 больших рукава. Но в 2008 г. астрономы из Висконсинского университета опубликовали результаты обработки около 800 000 инфракрасных снимков, которые были сделаны космическим телескопом «Спитцер». Их анализ показал, что у Млечного Пути всего два рукава. Что до других рукавов, то они являются только узкими боковыми ответвлениями. Итак, Млечный Путь – это спиральная галактика с двумя рукавами. Следует отметить, у большинства известных нам спиральных галактик также только два рукава.

«Благодаря телескопу “Спитцер” мы имеем возможность заново переосмыслить структуру Млечного Пути, – подчеркнул астроном Роберт Бенджамин из Висконсинского университета, выступая на конференции Американского астрономического общества. – Мы уточняем наше представление о Галактике точно так же, как столетия назад первооткрыватели, совершая путешествия по земному шару, уточняли и переосмысливали прежние представления о том, как выглядит Земля».

С начала 90-х годов XX века, наблюдения, проводимые в инфракрасном диапазоне, все больше и больше меняют наши знания о структуре Млечного Пути, ведь инфракрасные телескопы дают возможность заглянуть сквозь газопылевые облака и увидеть то, что недоступно для обычных телескопов.

2004 год — возраст нашей Галактики был оценен в 13,6 миллиарда лет. Она возникла в скором времени после . Вначале это был диффузный газовый пузырь, содержавший в основном водород и гелий. Со временем он превратился в громадную спиральную галактику, в которой мы сейчас живем.

Общая характеристика

Но как протекала эволюция нашей Галактики? Как она формировалась – медленно или, напротив, очень быстро? Как она насыщалась тяжелыми элементами? Как изменялись за миллиарды лет форма Млечного Пути и его химический состав? Подробные ответы на эти вопросы еще предстоит дать ученым.

Протяженность нашей Галактики составляет около 100 000 световых лет, а средняя толщина галактического диска – около 3 000 световых лет (толщина выпуклой его части – балджа – достигает 16 000 световых лет). Впрочем, в 2008 г. австралийский астроном Брайан Генслер, проанализировав результаты наблюдений за пульсарами, предположил, что, вероятно, галактический диск в два раза толще, чем принято считать.

Велика или мала наша Галактика по космическим меркам? Для сравнения: протяженность туманности Андромеды, ближайшей к нам крупной галактики, составляет приблизительно 150 000 световых лет.

В конце 2008 г. исследователи установили методами радиоастрономии, что Млечный Путь вращается быстрей, чем предполагали ранее. Судя по этому показателю, его масса приблизительно в полтора раза выше, чем принято было считать. По разным оценкам, она варьируется от 1,0 до 1,9 триллиона солнечных масс. Опять же для сравнения: массу туманности Андромеды оценивают самое меньшее в 1,2 триллиона солнечных масс.

Строение галактик

Черная дыра

Итак, Млечный Путь не уступает по размерам туманности Андромеды. «Нам не следует больше относиться к нашей Галактике как к младшей сестре туманности Андромеды», – отметил астроном Марк Рейд из Смитсоновского центра астрофизики при Гарвардском университете. В то же время, поскольку масса нашей Галактике больше, чем предполагалось, сила ее притяжения также выше, а значит, возрастает и вероятность ее столкновения с другими галактиками, находящимися поблизости от нас.

Нашу Галактику окружает шаровидное гало, достигающее в поперечнике 165 000 световых лет. Астрономы порой называют гало «галактической атмосферой». Оно содержит примерно 150 шаровых скоплений, а также небольшое количество древних звезд. Все остальное пространство гало заполнено разреженным газом, а также темным веществом. Массу последнего оценивают приблизительно в триллион солнечных масс.

В спиральных рукавах Млечного Пути содержится огромное количество водорода. Именно здесь продолжают зарождаться звезды. Со временем молодые звезды покидают рукава галактик и «переселяются» в галактический диск. Впрочем, самые массивные и яркие звезды живут довольно недолго, потому не успевают удалиться от места своего рождения. Неслучайно рукава нашей Галактики так ярко светятся. Большая же часть Млечного Пути состоит из небольших, не очень массивных звезд.

Центральная часть Млечного Пути располагается в созвездии Стрельца. Эта область окружена темными газопылевыми облаками, за которыми нельзя ничего увидеть. Только начиная с 1950-х годов, используя средства радиоастрономии, ученые смогли постепенно рассмотреть то, что таится там. В этой части Галактики был обнаружен мощный радиоисточник, получивший название Стрелец А. Как показали наблюдения, здесь сосредоточена масса, превосходящая массу Солнца в несколько миллионов раз. Самое приемлемое объяснение этого факта возможно только одно: в центре нашей Галактики находится .

Сейчас она по каким-то причинам устроила себе передышку и не проявляет особой активности. Приток вещества сюда очень скуден. Может быть, со временем у черной дыры пробудится аппетит. Тогда она снова начнет поглощать окружившую ее пелену газа и пыли, и Млечный Путь пополнит список активных галактик. Возможно, что перед этим в центре Галактики начнут бурно зарождаться звезды. Подобные процессы, вероятно, регулярно повторяются.

2010 год — американские астрономы при помощи Космического телескопа имени Ферми, предназначенного для наблюдения за источниками гамма-излучения, обнаружили в нашей Галактике две загадочные структуры – два громадных пузыря, испускающих гамма-излучение. Диаметр каждого из них составляет в среднем 25 000 световых лет. Они разлетаются из центра Галактики в северном и южном направлениях. Может быть, речь идет о потоках частиц, которые испустила некогда черная дыра, находящаяся посредине Галактики. Другие исследователи считают, что речь идет о газовых облаках, взорвавшихся при зарождении звезд.

Вокруг Млечного Пути расположены несколько карликовых галактик. Самые известные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака, которые связаны с Млечным Путем своего рода водородным мостом, огромным шлейфом газа, что тянется за этими галактиками. Он получил название «Магелланова потока». Его протяженность составляет около 300 000 световых лет. Наша Галактика постоянно поглощает ближайшие к ней карликовые галактики, в частности, галактику Сагитариуса, которая расположена на расстоянии 50 000 световых лет от галактического центра.

Остается добавить, что Млечный Путь и туманность Андромеды движутся навстречу друг другу. Предположительно через 3 миллиарда лет обе галактики сольются воедино, образовав более крупную эллиптическую галактику, которую уже назвали «Млечномедой».

Происхождение Млечного пути

Туманность Андромеды

На протяжении долгого времени считалось, что Млечный Путь формировался постепенно. 1962 год — Олин Эгген, Дональд Линден-Белл и Аллан Сендедж предложили гипотезу, которая стала известна, как модель ELS (ее назвали по начальным буквам их фамилий). Согласно ей, на месте Млечного Пути когда-то медленно вращалось однородное облако газа. Оно напоминало шар и достигало в поперечнике приблизительно 300 000 световых лет, а состояло в основном из водорода и гелия. Под действием гравитации протогалактика сжалась и стала плоской; при этом ее вращение заметно ускорилось.

Почти два десятка лет такая модель устраивала ученых. Но новые результаты наблюдений показали, что Млечный Путь не мог возникнуть так, как ему предписали теоретики.

Согласно этой модели, сначала образуется гало, а потом – галактический диск. Но в диске также встречаются очень древние звезды, к примеру, красный гигант Арктур, чей возраст больше 10-ти миллиардов лет, или многочисленные белые карлики того же возраста.

И в галактическом диске, и в гало обнаружены шаровые скопления, которые моложе, чем допускает модель ELS. Очевидно, они поглощены нашей Галактикой поздней.

Многие звезды в гало вращаются в другом направлении, нежели Млечный Путь. Может быть, они тоже находились когда-то за пределами Галактики, но потом были втянуты в этот «звездный вихрь» – словно случайный пловец в водоворот.

1978 год — Леонард Сирл и Роберт Цинн предложили свою модель становления Млечного Пути. Ее обозначили как «модель SZ». Теперь история Галактики заметно усложнилась. Еще не так давно ее молодость, в представлении астрономов, описывалась столь же просто, как во мнении физиков – прямолинейное поступательное движение. Механика происходящего была отчетливо видна: имелось однородное облако; оно состояло только из равномерно разлившегося газа. Ничто своим присутствием не усложняло расчеты теоретиков.

Теперь вместо одного огромного облака в видениях ученых возникли сразу несколько небольших, причудливо разбросанных облаков. Среди них виднелись и звезды; правда, они были расположены только в гало. Внутри гало все бурлило: облака сталкивались; газовые массы перемешивались и уплотнялись. С течением времени из этой смеси образовался галактический диск. В нем начали возникать новые звезды. Но и эту модель впоследствии раскритиковали.

Нельзя было понять, что связывало гало и галактический диск. Этот сгущавшийся диск и реденькая звездная оболочка вокруг него имели мало общего. Уже после того, как Сирл и Цинн составили свою модель, выяснилось, что гало вращается слишком медленно, чтобы из него образовался галактический диск. Судя по распределению химических элементов, последний возник из протогалактического газа. Наконец, момент количества движения диска оказался в 10 раз выше, чем гало.

Весь секрет в том, что обе модели содержат зерно истины. Вся беда в том, что они слишком простые и односторонние. Обе они кажутся теперь фрагментами одного и того же рецепта, по которому был сотворен Млечный Путь. Эгген и его коллеги прочитали несколько одних строк из этого рецепта, Сирл и Цинн – несколько других. Потому, пытаясь заново представить историю нашей Галактики, мы то и дело замечаем знакомые, уже читанные однажды строки.

Млечный путь. Компьютерная модель

Итак, все началось в скором времени после Большого взрыва. «Сегодня принято полагать, что флуктуации плотности темного вещества породили первые структуры – так называемые темные гало. Благодаря силе гравитации эти структуры не распадались», – отмечает немецкий астроном Андреас Буркерт, автор новой модели рождения Галактики.

Темные гало стали зародышами – ядрами – будущих галактик. Вокруг них под воздействием гравитации скапливался газ. Происходил однородный коллапс, как описывает его модель ELS. Уже спустя 500-1000 миллионов лет после Большого взрыва газовые скопления, окружавшие темные гало, стали «инкубаторами» звезд. Здесь появились небольшие протогалактики. В плотных облаках газа возникли первые шаровые скопления, ведь звезды здесь рождались в сотни раз чаще, чем где-либо еще. Протогалактики сталкивались и сливались друг с другом – так образовались крупные галактики, в том числе наш Млечный Путь. Сегодня он окружен темным веществом и гало, состоящим из одиночных звезд и их шаровых скоплений, этими руинами мироздания, чей возраст превышает 12 миллиардов лет.

В протогалактиках было много очень массивных звезд. Не прошло и нескольких десятков миллионов лет, как большинство из них взорвалось. Эти взрывы обогатили облака газа тяжелыми химическими элементами. Потому в галактическом диске рождались не такие звезды, как в гало, – они содержали в сотни раз больше металлов. Кроме этого, эти взрывы породили мощные галактические вихри, которые разогревали газ и выметали его за пределы протогалактик. Произошло разделение газовых масс и темного вещества. Это была важнейшая стадия формирования галактик, не учтенная прежде ни в одной модели.

Вместе с этим темные гало все чаще сталкивались друг с другом. Причем протогалактики вытягивались или распадались. Об этих катастрофах напоминают цепочки звезд, сохранившиеся в гало Млечного Пути со времен «юности». Изучая их расположение, возможно оценить события, которые происходили в ту эпоху. Постепенно из этих звезд образовалась обширная сфера – видимое нами гало. По мере остывания внутрь него проникали газовые облака. Их момент количества движения сохранялся, потому они не сжались в одну-единственную точку, а образовали вращающийся диск. Все это произошло более 12 миллиардов лет назад. Теперь газ сжимался так, как было описано в модели ELS.

В это время образуется и «балдж» Млечного Пути – его срединная часть, напоминающая эллипсоид. Балдж состоит из очень старых звезд. Вероятно, он возник при слиянии самых крупных протогалактик, дольше всего удерживавших газовые облака. Посреди него оказались нейтронные звезды и крохотные черные дыры – реликты взорвавшихся сверхновых звезд. Они сливались друг с другом, попутно поглощая потоки газа. Может быть, так зародилась огромная черная дыра, пребывающая ныне в центре нашей Галактики.

История Млечного Пути гораздо хаотичней, чем считали раньше. Наша родная Галактика, внушительная даже по космическим меркам, образовалась после череды ударов и слияний – после серии космических катастроф. Следы тех давних событий возможно обнаружить и сегодня.

Так, к примеру, не все звезды Млечного Пути обращаются вокруг галактического центра. Вероятно, за миллиарды лет своего существования наша Галактика «поглотила» немало попутчиков. Возраст каждой десятой звезды в галактическом гало – меньше 10-ти миллиардов лет. К тому времени Млечный Путь уже сформировался. Возможно, это – остатки захваченных некогда карликовых галактик. Группа английских ученых из Астрономического института (Кембридж) во главе с Джерардом Гилмором подсчитала, что Млечный Путь, очевидно, мог поглотить от 40 до 60 карликовых галактик типа Карина.

Кроме этого, Млечный Путь притягивает к себе огромные массы газа. Так, в 1958 г. нидерландские астрономы заметили в гало множество небольших пятен. На поверку они оказались газовыми облаками, которые состояли в основном из атомов водорода и мчались в сторону галактического диска.

Наша Галактика не умерит свой аппетит и впредь. Возможно, она поглотит ближайшие к нам карликовые галактики – Форнакс, Карину и, вероятно, Секстанс, а после сольется с туманностью Андромеды. Вокруг Млечного Пути – этого ненасытного «звездного каннибала» – станет еще пустынней.

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.