Из чего состоит наша галактика. Происхождение Млечного Пути

Млечный Путь – галактика, в которой находятся Земля, Солнечная система и все отдельные звёзды, видимые невооружённым глазом. Относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Млечный Путь вместе с Галактикой Андромеды (М31), Галактикой Треугольника (М33) и более чем 40 карликовыми галактиками-спутниками – своими и Андромеды – образуют Местную Группу галактик, которая входит в Местное Сверхскопление (Сверхскопление Девы).

История открытия

Открытие Галилея

Свою тайну Млечный Путь приоткрыл только в 1610 г. Именно тогда был изобретен первый телескоп, который и использовал Галилео Галилей. Знаменитый ученый увидел в прибор, что Млечный Путь – это настоящее скопище звезд, которые при рассмотрении невооруженным глазом сливались в сплошную слабо мерцающую полосу. Галилею даже удалось объяснить неоднородность строения данной полосы. Оно было вызвано наличием в небесном явлении не только звездных скоплений. Присутствуют там и темные облака. Комбинация этих двух элементов и создает удивительный образ ночного явления.

Открытие Вильяма Гершеля

Изучение Млечного Пути продолжалось и в 18-м в. В этот период его самым активным исследователем был Вильям Гершель. Известный композитор и музыкант занимался изготовлением телескопов и изучал науку о звездах. Важнейшим открытием Гершеля стал Великий План Вселенной. Этот ученый наблюдал в телескоп планеты и производил их подсчет на разных участках неба. Исследования позволили сделать вывод о том, что Млечный Путь – это своеобразный звездный остров, в котором расположено и наше Солнце. Гершель даже нарисовал схематический план своего открытия. На рисунке звездная система была изображена в виде жернова и имела вытянутую неправильную форму. Солнце при этом находилось внутри данного кольца, окружавшего наш мир. Именно так представляли нашу Галактику все ученые вплоть до начала прошлого века.

Только в 1920-х годах свет увидела работа Якобуса Каптейна, в которой Млечный Путь описывался наиболее подробно. При этом автором была дана схема звездного острова, максимально похожая на ту, которая известна нам в настоящее время. Сегодня мы знаем, что Млечный Путь – это Галактика, в составе которой находится Солнечная система, Земля и те отдельные звезды, которые видны человеку невооруженным глазом.

Какую форму имеет Млечный Путь?

При изучении галактик Эдвин Хаббл классифицировал их на различные виды эллиптических и спиральных. Спиральные галактики имеют форму диска, внутри которого находятся спиральные рукава. Поскольку Млечный путь имеет форму диска наряду со спиральными галактиками, логично предположить, что он, вероятно, является спиральной галактикой.

В 1930-х годах Р. Дж. Трюмплер понял, что оценки размера галактики Млечный Путь, совершенные Капетином и другими учеными, были ошибочными, поскольку измерения основывались на наблюдениях с помощью волн излучения в видимой области спектра. Трюмплер пришел к выводу, что огромное количество пыли в плоскости Млечного Пути поглощает свет видимого излучения. Поэтому далекие звезды и их скопления кажутся более призрачными, чем они есть на самом деле. В связи с этим, для получения точного изображения звезд и звездных скоплений внутри Млечного Пути, астрономы должны были найти способ видеть сквозь пыль.

В 1950-х годах были изобретены первые радиотелескопы. Астрономы обнаружили, что атомы водорода излучают радиацию в радиоволнах, и что такие радиоволны могут проникнуть сквозь пыль в Млечном Пути. Таким образом, стало возможно увидеть спиральные рукава этой галактики. Для этого использовалась пометка звезд по аналогии с пометками при измерениях расстояний. Астрономы поняли, что звезды спектрального класса O и B могут послужить для достижения этой цели.

Такие звезды имеют несколько особенностей:

• яркость – они весьма заметны и часто встречаются в небольших группах или объединениях;
• тепло – они излучают волны разной длины (видимые, инфракрасные, радиоволны);
• короткое время жизни – они живут около 100 миллионов лет. Учитывая скорость, с которой звезды вращаются в центре галактики, они не перемещаются далеко от места рождения.

Астрономы могут использовать радиотелескопы для точного сопоставления позиций звезд спектрального класса O и B, и, руководствуясь доплеровскими смещениями радиоспектра, определять скорость их движения. После проведения таких операций со многими звездами, ученые смогли выпустить комбинированные радио и оптические карты спиральных рукавов Млечного пути. Каждый рукав назван по имени созвездия, существующего в нем.

Астрономы считают, что движение материи вокруг центра галактики создает волны плотности (области высокой и низкой плотности), такие же, как вы видите, перемешивая тесто на торт электрическим миксером. Полагается, что эти волны плотности вызвали спиральный характер галактики.

Таким образом, рассматривая небо в волнах разной длины (радио, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские) с помощью различных наземных и космических телескопов, можно получить различные изображения Млечного Пути.

Эффект Доплера . Так же, как высокий звук сирены пожарной машины становится ниже, когда машина удаляется, движение звезд влияет на длину волн света, которые доходят от них на Землю. Этот феномен именуется эффектом Доплера. Мы можем измерить этот эффект с помощью измерения линий в спектре звезды и сравнивая их со спектром стандартной лампы. Степень доплеровского смещения показывает, насколько быстро звезда движется относительно нас. Кроме того, направление доплеровского смещения может показать нам направление движения звезды. Если спектр звезды смещается в синий конец, то звезда движется к нам; если же в красную сторону – отдаляется.

Структура Млечного Пути

Если внимательно рассмотреть структуру Млечного Пути, то мы увидим следующее:

1. Галактический диск . Здесь сосредоточено большинство звезд Млечного Пути.

Сам диск разбит на следующие части:

• Ядро это центр диска;
• Дуги – области вокруг ядра, в том числе непосредственно области выше и ниже плоскости диска.
• Спиральные рукава – это области, которые выступают наружу от центра. Наша Солнечная Система находится в одном из спиральных рукавов Млечного Пути.

1. Шаровые скопления . Несколько сотен из них разбросаны выше и ниже плоскости диска.
2. Гало . Это большая, тусклая область, которая окружает всю галактику. Гало состоит из газа большой температуры и, возможно, темной материи.

Радиус гало значительно больше размеров диска и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч световых лет. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска. Состоит гало в основном из очень старых, неярких звезд. Возраст сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд лет. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж (в переводе с английского «утолщение»). Вращается гало в целом очень медленно.

По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. Диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет). Толщина – около 1000 световых лет. Скорость вращения не одинакова на различных расстояниях от центра. Она быстро возрастает от нуля в центре до 200-240 км/с на расстоянии 2 тыс. световых лет от него. Масса диска в 150 млрд раз больше массы Солнца (1,99*10 30 кг). В диске концентрируются молодые звезды и звездные скопления. Среди них много ярких и горячих звезд. Газ в диске Галактики распределен неравномерно, образуя гигантские облака. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород. Примерно на 1/4 она состоит из гелия.

Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро , расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. Поэтому ее начали изучать только после создания приемников инфракрасного и радиоизлучения, которое поглощается в меньшей степени. Для центральных областей Галактики характерна сильная концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке их многие тысячи. Ближе к центру отмечаются области ионизированного водорода и многочисленные источники инфракрасного излучения, свидетельствующие о происходящем там звездообразовании. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта – черной дыры массой около миллиона масс Солнца.

Одним из наиболее заметных образований являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов – спиральные галактики. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды, многие рассеянные звездные скопления, а также цепочки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В отличие от гало, где какие-либо проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Спиральные рукава Млечного Пути в значительной мере скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвездного водорода, концентрирующегося вдоль длинных спиралей. По современным представлениям, спиральные рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звезд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры не вполне ясны. Над этой проблемой работают многие астрофизики.

Место Солнца в галактике

В окрестностях Солнца удаётся проследить участки двух спиральных ветвей, удалённых от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где обнаруживаются эти участки, их называют рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце находится почти посередине между этими спиральными ветвями. Правда, сравнительно близко (по галактическим меркам) от нас, в созвездии Ориона, проходит ещё одна, не столь явно выраженная ветвь, считающаяся ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.

Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 23-28 тыс. световых лет, или 7–9 тыс. парсек. Это говорит о том, что Солнце расположено ближе к окраине диска, чем к его центру.

Вместе со всеми близкими звёздами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220–240 км/с, совершая один оборот примерно за 200 млн лет. Значит, за всё время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не больше 30 раз.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движется волна уплотнения, формирующая спиральный рукав. Такая ситуация в общем неординарна для Галактики: спиральные ветви вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы колеса, а движение звёзд, как мы видели, подчиняется совершенно иной закономерности. Поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральной ветви, то выходит из неё. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных ветвей совпадают, – это так называемая коротационная окружность, и именно на ней располагается Солнце!

Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно. Ведь в спиральных ветвях происходят бурные процессы, порождающие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не могла бы от него защитить. Но наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов и миллиардов лет не испытывала влияния этих космических катаклизмов. Может быть, именно поэтому на Земле могла зародиться и сохраниться жизнь.

Долгое время положение Солнца среди звёзд считалось самым заурядным. Сегодня мы знаем, что это не так: в известном смысле оно привилегированное. И это нужно учитывать, рассуждая о возможности существования жизни в других частях нашей Галактики.

Расположение звезд

На безоблачном ночном небе Млечный Путь виден с любой точки нашей планеты. Однако взгляду человека доступна только часть Галактики, которая представляет собой систему звезд, находящихся внутри рукава Ориона. Что такое Млечный Путь? Определение в пространстве всех его частей становится наиболее понятным, если рассматривать звездную карту. В таком случае становится ясно, что Солнце, освещающее Землю, располагается практически на диске. Это почти край Галактики, где расстояние от ядра равно 26-28 тыс. световых лет. Двигаясь со скоростью 240 километров в час, Светило тратит на один оборот вокруг ядра 200 миллионов лет, так что за все время своего существования оно путешествовало по диску, обогнув ядро, всего тридцать раз. Наша же планета находится в так называемом коротационном кругу. Это такое место, в котором скорость вращения рукавов и звезд идентичны. Для данного круга характерен повышенный уровень радиации. Именно поэтому жизнь, как полагают ученые, могла возникнуть только на той планете, возле которой находится небольшое количество звезд. Такой планетой и явилась наша Земля. Она находится на периферии Галактики, в самом спокойном ее месте. Именно поэтому на нашей планете в течение нескольких миллиардов лет не было глобальных катаклизмов, которые часто происходят во Вселенной.

Как будет выглядеть смерть Млечного Пути?

Космическая история гибели нашей галактики начинается здесь и сейчас. Мы можем слепо озираться вокруг, думая, что Млечный Путь, Андромеда (наша старшая сестра) и кучка неизвестных – наши космические соседи – это и есть наш дом, но на деле всего гораздо больше. Пришло время изучить, что еще есть вокруг нас. Поехали.

• Галактика Треугольника . С массой примерно в 5% от массы Млечного Пути, это третья по величине галактика в местной группе. Она имеет спиральную структуру, собственные спутники и может быть спутником галактики Андромеды.
• Большое Магелланово Облако . Эта галактика составляет всего 1% от массы Млечного Пути, но является четвертой по величине в нашей местной группе. Она находится очень близко к нашему Млечному Пути – менее чем в 200 000 световых годах от нас – и в ней продолжается процесс активного звездообразования, поскольку приливные взаимодействия с нашей галактикой приводят к коллапсу газа и порождают новые, горячие и большие звезды во Вселенной.
• Малое Магелланово Облако, NGC 3190 и NGC 6822 . Все они имеют массу от 0,1% до 0,6% Млечного Пути (и непонятно, какая из них больше) и все три являются самостоятельными галактиками. В каждой из них содержится больше миллиарда солнечных масс материала.
• Эллиптические галактики M32 и M110. Они могут быть «всего лишь» спутниками Андромеды, но в каждой из них больше миллиарда звезд, и по массе они могут даже превосходить номера 5, 6 и 7.

Кроме того, существует как минимум 45 других известных галактик – поменьше – составляющих нашу местную группу. У каждой из них есть ореол темной материи, окружающей ее; каждая из них гравитационно привязана к другой, находящейся на расстоянии 3 миллионов световых лет. Несмотря на их размеры, массу и величину, ни одной из них не останется через несколько миллиардов лет.

Итак, главное

По мере течения времени, галактики взаимодействуют гравитационно. Они не только стягиваются за счет гравитационного притяжения, но и взаимодействуют приливно. Обычно мы говорим о приливах в контексте Луны, притягивающей земные океаны и создающей приливы и отливы, и это отчасти правда. Но с точки зрения галактики приливы – это менее заметный процесс. Часть небольшой галактики, которая находится близко к большой, будет притягиваться с большей гравитационной силой, а часть, которая находится дальше, будет испытывать меньше притяжения. В результате небольшая галактика вытянется и в конечном итоге разорвется под влиянием притяжения.

Небольшие галактики, которые являются частью нашей местной группы, включая оба Магелланова облака и карликовые эллиптические галактики, будут разорваны именно так, и их вещество будет включено в крупные галактики, с которыми они сливаются. «Ну и что», скажете вы. Ведь это не совсем смерть, потому что большие галактики останутся живы. Но даже они не будут существовать вечно в таком состоянии. Через 4 миллиарда лет взаимное гравитационное притяжение Млечного Пути и Андромеды затянет галактики в гравитационный танец, который приведет к большому слиянию. Хотя на этот процесс уйдут миллиарды лет, спиральная структура обеих галактик будет уничтожена, что приведет к созданию единой, гигантской эллиптической галактики в ядре нашей местной группы: Млекомеды.

Небольшой процент звезд будет выброшен во время такого слияния, но большинство останется невредимыми, при этом случится большой всплеск звездообразования. В конце концов, остальные галактики в нашей местной группе тоже будут всосаны, и останется одна большая гигантская галактика, пожравшая остальные. Этот процесс будет протекать во всех связанных группах и скоплениях галактик по всей Вселенной, пока темная энергия будет расталкивать отдельные группы и скопления друг от друга. Но ведь и это нельзя назвать смертью, ведь галактика-то останется. И некоторое время будет так. Но галактика состоит из звезд, пыли и газа, и всему когда-нибудь придет конец.

По всей Вселенной галактические слияния будут проходить десятки миллиардов лет. За это же время темная энергия растащит их по всей Вселенной до состояния полного уединения и недоступности. И хотя последние галактики за пределами нашей локальной группы не исчезнут, пока не пройдут сотни миллиардов лет, звезды в них будут жить. Самые долгоживущие звезды, существующие сегодня, будут продолжать сжигать свое топливо десятки триллионов лет, а из газа, пыли и звездных трупов, населяющих каждую галактику, будут появляться новые звезды – хотя все меньше и все реже.

Когда сгорят последние звезды, останутся только их трупы – белые карлики и нейтронные звезды. Они будут сиять сотни триллионов или даже квадриллионов лет, прежде чем погаснут. Когда случится и эта неизбежность, нам останутся коричневые карлики (неудавшиеся звезды), которые случайно сливаются, заново зажигают ядерный синтез и создают звездный свет на протяжении десятков триллионов лет.

Когда же через десятки квадриллионов лет в будущем погаснет последняя звезда, в галактике все равно будет оставаться некоторая масса. Значит и это нельзя назвать «истинной смертью».

Все массы гравитационно взаимодействуют между собой, и гравитационные объекты разных масс проявляют странные свойства при взаимодействии:

• Повторные «подходы» и близкие проходы вызывают обмены скорости и импульсов между ними.
• Объекты с низкой массой выбрасываются из галактики, а объекты с более высокой массой погружаются в центр, теряя скорость.
• На протяжении достаточно длительного периода времени, большая часть массы окажется выброшенной, а лишь небольшая часть оставшихся масс будет жестко привязана.

В самом центре этих галактических останков будет сверхмассивная черная дыра, в каждой галактике, а остальные галактические объекты будут вращаться вокруг увеличенной версии нашей собственной Солнечной системы. Разумеется, эта структура будет последней, и поскольку черная дыра будет максимально большой, она съест все, до чего сможет дотянуться. В центре Млекомеды будет объект в сотни миллионов раз массивнее нашего Солнца.

Но ведь и ей наступит конец?

Благодаря явлению излучения Хокинга, даже эти объекты однажды распадутся. Потребуется порядка 10 80 – 10 100 лет, в зависимости от того, насколько массивной станет наша сверхмассивная черная дыра в процессе роста, но конец грядет. После этого останки, вращающиеся вокруг галактического центра, развяжутся и оставят только гало темной материи, которое тоже может произвольно диссоциировать, в зависимости от свойств этой самой материи. Без какой-либо материи уже не будет ничего, что мы когда-то называли местной группой, Млечным Путем и другими милыми сердцу именами.

Мифология

Армянская, арабская, валахская, еврейская, персидская, турецкая, киргизская

По одному из армянских мифов о Млечном Пути, бог Ваагн, предок армян, суровой зимой украл у родоначальника ассирийцев Баршама солому и скрылся в небе. Когда он шёл со своей добычей по небу, то ронял на своём пути соломинки; из них и образовался светлый след на небе (по-армянски «Дорога соломокрада»). О мифе про рассыпанную солому говорят также арабское, еврейское, персидское, турецкое и киргизское названия (кирг. саманчынын жолу – путь соломщика) этого явления. Жители Валахии считали, что эту солому Венера украла у Святого Петра.

Бурятская

Согласно бурятской мифологии, добрые силы творят мир, видоизменяют вселенную. Так, Млечный Путь возник из молока, которое Манзан Гурме нацедила из своей груди и выплеснула вслед обманувшему её Абай Гесеру. По другой версии, Млечный Путь – это «шов неба», зашитого после того, как из него высыпались звёзды; по нему, как по мосту, ходят тенгри.

Венгерская

По венгерской легенде, Аттила спустится по Млечному Пути, если секеям будет угрожать опасность; звёзды представляют собой искры от копыт. Млечный Путь. соответственно, называется «дорогой воинов».

Древнегреческая

Этимологию слова Galaxias (Γαλαξίας) и его связь с молоком (γάλα) раскрывают два схожих древнегреческих мифа. Одна из легенд рассказывает о разлившемся по небу материнском молоке богини Геры, кормившей грудью Геракла. Когда Гера узнала, что младенец, которого она кормит грудью, не её собственное дитя, а незаконный сын Зевса и земной женщины, она оттолкнула его, и пролитое молоко стало Млечным Путём. Другая легенда говорит о том, что пролитое молоко – это молоко Реи, жены Кроноса, а младенцем был сам Зевс. Кронос пожирал своих детей, так как ему было предсказано, что он будет свергнут собственным сыном. У Реи зародился план, как спасти своего шестого ребёнка, новорождённого Зевса. Она обернула в младенческие одежды камень и подсунула его Кроносу. Кронос попросил её покормить сына ещё раз, перед тем как он его проглотит. Молоко, пролитое из груди Реи на голый камень, впоследствии стали называть Млечным Путём.

Индийская

Древние индийцы считали Млечный Путь молоком вечерней красной коровы, проходящей по небу. В Ригведе Млечный Путь назван тронной дорогой Арьямана. Бхагавата-пурана содержит версию, по которой Млечный Путь – это живот небесного дельфина.

Инкская

Главными объектами наблюдения в астрономии инков (что нашло отражение в их мифологии) на небосклоне являлись тёмные участки Млечного Пути – своеобразные «созвездия» в терминологии андских культур: Лама, Детёныш Ламы, Пастух, Кондор, Куропатка, Жаба, Змея, Лиса; а также звёзды: Южный крест, Плеяды, Лира и многие другие.

Кетская

В кетских мифах, аналогично селькупским, Млечный Путь описывается как дорога одного из трёх мифологических персонажей: Сына неба (Еся), который ушёл охотиться на западную сторону неба и там замёрз, богатыря Альбэ, преследовавшего злую богиню, или первого шамана Доха, поднимавшегося этой дорогой к Солнцу.

Китайская, вьетнамская, корейская, японская

В мифологиях синосферы Млечный Путь называют и сравнивают с рекой (во вьетнамском, китайском, корейском и японском языках сохраняется название «серебряная река». Китайцы так же иногда называли Млечный Путь «Жёлтой дорогой», по цвету соломы.

Коренных народов северной Америки

Хидатса и эскимосы называют Млечный Путь «Пепельным». Их мифы говорят о девушке, рассыпавшей по небу пепел, чтобы люди могли найти дорогу домой ночью. Шайенны считали, что Млечный Путь – это грязь и ил, поднятые брюхом плывущей по небу черепахи. Эскимосы с Берингова пролива – что это следы Ворона-творца, шедшего по небу. Чероки полагали, что Млечный Путь образовался, когда один охотник украл жену другого из ревности, а её собака стала есть кукурузную муку, оставшуюся без присмотра, и рассыпала её по небу (этот же миф встречается у койсанского населения Калахари) . Другой миф того же народа говорит о том, что Млечный Путь – это след собаки, тащившей что-то по небу. Ктунаха называли Млечный Путь «собачьим хвостом», черноногие называли его «волчьей дорогой». Вайандотский миф говорит о том, что Млечный Путь – это место, где души умерших людей и собак собираются вместе и танцуют.

Маори

В мифологии маори Млечный Путь считается лодкой Тама-ререти. Нос лодки – созвездие Ориона и Скорпион, якорь – Южный Крест, Альфа Центавра и Хадар – канат. Согласно легенде, однажды Тама-ререти плыл на своём каноэ и увидел, что уже поздно, а он далеко от дома. Звёзд на небе не было, и, боясь, что Танифа может напасть, Тама-ререти стал бросать в небо сверкающую гальку. Небесному божеству Рангинуи понравилось то, что он делал, и он поместил лодку Тама-ререти на небо, а гальку превратил в звёзды.

Финская, литовская, эстонская, эрзянская, казахская

Финское название – фин. Linnunrata – означает «Путь птиц»; аналогичная этимология и у литовского названия. Эстонский миф также связывает Млечный («птичий») Путь с птичьим полётом.

Эрзянское название – «Каргонь Ки» («Журавлиная Дорога»).

Казахское название – «Құс жолы» («Путь птиц»).

Интересные факты о галактике Млечный Путь

• Млечный Путь начал формирование как скопление плотных областей после Большого Взрыва. Первые появившиеся звезды пребывали в шаровых скоплениях, которые продолжают существовать. Это древнейшие звезды галактики;
• Галактика увеличила свои параметры за счет поглощения и слияния с другими. Сейчас она отбирает звезды у Карликовой галактики Стрельца и Магеллановых Облаков;
• Млечный Путь движется в пространстве с ускорением в 550 км/с по отношению к реликтовому излучению;
• В галактическом центре скрывается сверхмассивная черная дыра Стрелец А*. По массе в 4.3 млн. раз превышает солнечную;
• Газ, пыль и звезды вращаются вокруг центра на скорости в 220 км/с. Это стабильный показатель, подразумевающий наличие оболочки из темной материи;
• Через 5 млрд. лет ожидается столкновение с галактикой Андромеды.

Галактикой называют крупные формирования звезд, газа, пыли, которые удерживаются вместе силой гравитации. Эти крупнейшие соединения во Вселенной могут различаться формой и размерами. Большая часть космических объектов входит в состав определенной галактики. Это звезды, планеты, спутники, туманности, черные дыры и астероиды. Некоторые из галактик обладают большим количеством невидимой темной энергии. Из-за того, что галактики разделяет пустое космическое пространство, их образно называют оазисами в космической пустыне..

Наша галактика

Ближайшая к нам звезда Солнце относится к миллиарду звезд в галактике Млечный путь. Посмотрев на ночное звездное небо, тяжело не заметить широкую полосу, усыпанную звездами. Скопление этих звезд древние греки назвали Галактикой.

Если бы у нас была возможность посмотреть на эту звездную систему со стороны, мы бы заметили сплюснутый шар, в котором насчитывается свыше 150 млрд. звезд. Наша галактика имеет такие размеры, которые тяжело представить в своем воображении. Луч света путешествует с одной ее стороны на другую сотню тысяч земных лет! Центр нашей Галактики занимает ядро, от которого отходят огромные спиральные ветви, заполненные звездами. Расстояние от Солнца до ядра Галактики составляет 30 тысяч световых лет. Солнечная система расположена на окраине Млечного пути.

Звезды в Галактике несмотря на огромное скопление космических тел встречаются редко. Например, расстояние между ближайшими звездами в десятки миллионов раз превышает их диаметры. Нельзя сказать, что звезды разбросаны во Вселенной хаотично. Их местоположение зависит от сил гравитации, которые удерживают небесное тело в определенной плоскости. Звездные системы со своими гравитационными полями и называют галактиками. Кроме звезд, в состав галактики входит газ и межзвездная пыль.

Состав галактик.

Вселенную составляет также множество других галактик. Наиболее приближенные к нам отдалены на расстояние 150 тыс. световых лет. Их можно увидеть на небе южного полушария в виде маленьких туманных пятнышек. Их впервые описал участник Магеллановой экспедиции вокруг мира Пигафетт. В науку они вошли под названием Большого и Малого Магеллановых Облаков.

Ближе всего к нам расположена галактика под названием Туманность Андромеды. Она имеет очень большие размеры, поэтому видна с Земли в обычный бинокль, а в ясную погоду – даже невооруженным глазом.

Само строение галактики напоминает гигантскую выпуклую в пространстве спираль. На одном из спиральных рукавов за ¾ расстояния от центра находится Солнечная система. Все в галактике кружится вокруг центрального ядра и подчиняется силе его гравитации. В 1962 году астрономом Эдвином Хабблом была проведена классификация галактик в зависимости от их формы. Все галактики ученый разделил на эллиптические, спиральные, неправильные и галактики с перемычкой.

В части Вселенной, доступной для астрономических исследований, расположены миллиарды галактик. В совокупности их астрономы называют Метагалактикой.

Галактики Вселенной

Галактики представлены крупными группировками звезд, газа, пыли, удерживаемых вместе гравитацией. Они могут существенно отличаться по форме и размерам. Большинство космических объектов относятся к какой-либо галактике. Это черные дыры, астероиды, звезды со спутниками и планетами, туманности, нейтронные спутники.

Большинство галактик Вселенной включают огромное количество невидимой темной энергии. Так как пространство между различными галактиками считается пустотным, то их нередко называют оазисами в пустоте космоса. Например, звезда по имени Солнце – одни из миллиардов звезд в галактике «Млечный Путь», находящейся в нашей Вселенной. В ¾ расстояния от центра данной спирали находится Солнечная система. В этой галактике все беспрерывно движется вокруг центрального ядра, которое подчиняется его гравитации. Однако и ядро тоже движется вместе с галактикой. При этом все галактики двигаются на сверхскоростях.
Астроном Эдвин Хаббл в 1962 году провел логическую классификацию галактик Вселенной с учетом их формы. Сейчас галактики разделяются на 4 основные группы: эллиптические, спиральные, галактики с баром (перемычкой) и неправильные.
Какая самая большая галактика в нашей Вселенной?
Наиболее крупной галактикой во Вселенной является линзовидная галактика сверхгиганских размеров, находящаяся в скоплении Abell 2029.

Спиральные галактики

Они представляют собой галактики, которые по своей форме напоминают плоский спиралевидный диск с ярким центром (ядром). Млечный Путь – типичная спиральная галактика. Спиральные галактики принято называть с буквы S, они разделяются на 4 подгруппы: Sa, Sо, Sc и Sb. Галактики, относящиеся к группе Sо, отличаются светлыми ядрами, которые не имеют спиральных рукавов. Что касается галактик Sа, то они отличаются плотными спиральными рукавами, плотно обмотанными вокруг центрального ядра. Рукава галактик Sc и Sb редко окружают ядро.

Спиральные галактики каталога Мессье

Галактики с перемычкой

Галактики с баром (перемычкой) похожи на спиральные галактики, но все же имеют одно отличие. В таких галактиках спирали начинаются не от ядра, а от перемычек. Около 1/3 всех галактик входят в эту категорию. Их принято обозначать буквами SB. В свою очередь, они разделяются на 3 подгруппы Sbc, SBb, SBa. Разница между этими тремя группами определяется формой и длиной перемычек, откуда, собственно, и начинаются рукава спиралей.

Спиральные галактики с перемычкой каталога Мессье

Эллиптические галактики

Форма галактик может варьироваться от идеально круглой до вытянутого овала. Их отличительной чертой является отсутствие центрального яркого ядра. Они обозначаются буквой Е и разделяются на 6 подгрупп (по форме). Такие формы обознаются от Е0 до Е7. Первые имеют почти круглую форму, тогда как Е7 характеризуются чрезвычайно вытянутой формой.

Эллиптические галактики каталога Мессье

Неправильные галактики

Они не имеют какой-либо выраженной структуры или формы. Неправильные галактики принято разделять на 2 класса: IO и Im. Наиболее распространенным является Im класс галактик (он имеет только незначительный намек на структуру). В некоторых случаях прослеживаются спиральные остатки. IO относится к классу галактик, хаотических по форме. Малые и Большие Магеллановы Облака – яркий пример Im класса.

Неправильные галактики каталога Мессье

Таблица характеристик основных видов галактик

Большой портрет галактик

Не так давно астрономы начали работать над совместным проектом для выявления расположения галактик во всей Вселенной. Их задача – получить более детальную картину общей структуры и формы Вселенной в больших масштабах. К сожалению, масштабы Вселенной сложно оценить для понимания многими людьми. Взять хотя бы нашу галактику, состоящую более чем из ста миллиардов звезд. Во Вселенной существуют еще миллиарды галактик. Обнаружены дальние галактики, но мы видим их свет таким, который был практически 9 млрд лет назад (нас разделяет такое большое расстояние).

Астрономам стало известно, что большинство галактик относятся к определенной группе (ее стали называть «кластер»). Млечный путь – часть кластера, который, в свою очередь, состоит из сорока известных галактик. Как правило, большинство таких кластеров представлены частью еще большей группировки, которую называют сверхскоплениями.

Наш кластер – часть сверхскопления, которое принято называть скоплением Девы. Такой массивный кластер состоит больше чем из 2 тыс. галактик. В то время, когда астрономы создали карту расположения данных галактик, сверхскопления начали принимать конкретную форму. Большие сверхскопления собрались вокруг того, что представляется как бы гигантскими пузырями или пустотами. Что это за структура, никто еще не знает. Мы не понимаем, что может находиться внутри этих пустот. По предположению, они могут быть заполнены определенным типом неизвестной ученым темной материи или же иметь внутри пустое пространство. Перед тем как мы узнаем природу таких пустот, пройдет много времени.

Галактические вычисления

Эдвин Хаббл является основоположником галактических исследований. Он первый, кому удалось определить, как можно вычислить точное расстояние до галактики. В своих исследованиях он опирался на метод пульсирующих звезд, которые более известны как цефеиды. Ученый смог заметить связь между периодом, который нужен для завершения одной пульсации яркости, и той энергией, которую выделяет звезда. Результаты его исследований стали серьезным прорывом в области галактических исследований. Помимо этого, он обнаружил, что есть корреляция между красным спектром, излучаемым галактикой, и расстоянием до нее (постоянная Хаббла).

В наше время астрономы могут измерять расстояние и скорости галактики посредством измерения количества красного смещения в спектре. Известно, что все галактики Вселенной движутся друг от друга. Чем дальше галактика находится от Земли, тем больше ее скорость движения.

Чтобы визуализировать данную теорию, достаточно представить себя за рулем авто, который двигается на скорости 50 км в час. Перед Вами едет авто быстрее на 50 км в час, что говорит о том, что скорость его передвижения составляет 100 км в час. Перед ним есть еще одно авто, которое движется быстрее еще на 50 км в час. Несмотря на то что скорость всех 3 машин будет разной на 50 км в час, первый автомобиль на самом деле движется от Вас на 100 км в час быстрее. Поскольку красный спектр говорит о скорости движения галактики от нас, получается следующее: чем больше красное смещение, тем, соответственно, галактика быстрее движется и тем большее ее расстояние от нас.

Сейчас мы располагаем новыми инструментами, помогающими ученым в поисках новых галактик. Благодаря космическому телескопу Хаббла ученым удалось увидеть то, о чем раньше оставалось только мечтать. Высокая мощность этого телескопа обеспечивает хорошую видимость даже мелких деталей в ближних галактиках и позволяет изучать более дальние, которые никому еще не были известны. В настоящее время новые инструменты наблюдения космоса находятся в стадии разработки, а в скором будущем они помогут получить более глубокое понимание структуры Вселенной.

Типы галактик

• Спиральные галактики. По форме напоминают плоский спиралевидный диск с ярко выраженным центром, так называемым ядром. Наша галактика Млечный путь относится к этой категории. В данном разделе портала сайт Вы встретите много различных статей с описанием космических объектов нашей Галактики.
• Галактики с перемычкой. Напоминают спиральные, только от них они отличаются одним существенным отличием. Спирали отходят не от ядра, а от так называемых перемычек. К этой категории можно отнести треть всех галактик Вселенной.
• Эллиптические галактики обладают различными формами: от досконально круглой до овально вытянутой. Сравнительно со спиральными, у них отсутствует центральное ярко выраженное ядро.
• Неправильные галактики не обладают характерной формой или структурой. Их нельзя отнести к какому-либо из перечисленных выше типов. Неправильных галактик насчитывается куда меньшее количество на просторах Вселенной.

Астрономы в последнее время запустили совместный проект по выявлению расположения всех галактик во Вселенной. Ученые надеются получить более наглядную картину ее структуры в большом масштабе. Размер Вселенной тяжело оценить человеческому мышлению и пониманию. Одна только наша галактика – это соединение сотней миллиардов звезд. А таких галактик насчитываются миллиарды. Мы можем видеть свет от обнаруженных дальних галактик, но не подразумевать даже того, что смотрим в прошлое, ведь световой луч доходит до нас за десятки миллиардов лет, настолько великое расстояние нас разделяет.

Астрономы также привязывают большинство галактик к определенным группам, которые называют кластерами. Наш Млечный путь относится к кластеру, который состоит из 40 разведанных галактик. Такие кластеры объединяют в большие группировки, называющиеся сверхскоплениями. Кластер с нашей галактикой входит в сверхскопление Девы. В составе этого гигантского кластера находится более 2 тысяч галактик. После того как ученые начали рисовать карту размещения данных галактик, сверхскопления получили определенные формы. Большинство галактических сверхскоплений окружали гигантские пустоты. Никто не знает, что может быть внутри этих пустот: космическое пространство наподобие межпланетного или же новая форма материи. Понадобится много времени, чтобы раскрыть эту загадку.

Взаимодействие галактик

Не менее интересным для взора ученых представляется вопрос о взаимодействии галактик как компонентов космических систем. Не секрет, что космические объекты находятся в постоянном движении. Галактики не исключение из этого правила. Некоторые из видов галактик могли бы стать причиной столкновения или слияния двух космических систем. Если вникнуть, какими представляются данные космические объекты, более понятными становятся масштабные изменения как результат их взаимодействия. Во время столкновения двух космических систем выплескивается гигантское количество энергии. Встреча двух галактик на просторах Вселенной – даже более вероятное событие, чем столкновение двух звезд. Не всегда столкновение галактик заканчивается взрывом. Небольшая космическая система может свободно пройти мимо своего более крупного аналога, изменив только незначительно его структуру.

Таким образом, происходит образование формирований, схожих внешним видом на вытянутые коридоры. В их составе выделяются звезды и газовые зоны, часто формируются новые светила. Бывают случаи, что галактики не ударяются, а только слегка соприкасаются друг с другом. Однако даже такое взаимодействие запускает цепочку необратимых процессов, которые приводят к огромным изменениям в структуре обеих галактик.

Какое будущее ожидает нашу галактику?

Как предполагают ученые, не исключено, что в далеком будущем Млечный путь сумеет поглотить крохотную по космическим размерам систему-спутник, которая расположена от нас на расстоянии 50 световых лет. Исследования показывают, что этот спутник имеет продолжительный жизненный потенциал, но при столкновении с гигантским соседом, вероятнее всего, закончит отдельное существование. Также астрономы предрекают столкновение Млечного пути и Туманности Андромеды. Галактики движутся друг другу навстречу со скоростью света. До вероятного столкновения ждать примерно три миллиарда земных лет. Однако будет ли оно на самом деле сейчас – тяжело рассуждать из-за нехватки данных о движении обеих космических систем.

Описание галактик на Kvant . Space

Портал сайт перенесет Вас в мир интересного и увлекательного космоса. Вы узнаете природу построения Вселенной, ознакомитесь со структурой известных больших галактик, их составляющими. Читая статьи о нашей галактике, нам становятся более понятными некоторые из явлений, которые можно наблюдать в ночном небе.

Все галактики от Земли находятся на огромном расстоянии. Невооруженным глазом можно увидеть только три галактики: Большое и малое Магеллановы облака и Туманность Андромеды. Все галактики сосчитать нереально. Ученые предполагают, что их количество составляет около 100 миллиардов. Пространственное расположение галактик неравномерно – одна область может содержать огромное их количество, во второй вовсе не будет ни одной даже маленькой галактики. Отделить изображение галактик от отдельных звезд астрономам не удавалось до начала 90-х годов. В это время насчитывалось около 30 галактик с отдельными звездами. Всех их причисляли к Местной группе. В 1990 году состоялось величественное событие в развитии астрономии как науки – на орбиту Земли был запущен телескоп Хаббла. Именно эта техника, а также новые наземные 10-метровые телескопы дали возможность увидеть значительно большее число разрешенных галактик.

На сегодняшний день «астрономические умы» мира ломают голову о роли темной материи в построении галактик, которая проявляет себя лишь в гравитационном взаимодействии. Например, в некоторых больших галактиках она составляет около 90% общей массы, в то время как карликовые галактики могут вовсе ее не содержать.

Эволюция галактик

Ученые считают, что возникновение галактик – это естественный этап эволюции Вселенной, который проходил под воздействием сил гравитации. Приблизительно 14 млрд. лет тому назад началось формирование протоскоплений в первичном веществе. Далее, под воздействием различных динамических процессов состоялось выделение галактических групп. Изобилие форм галактик объясняется разнообразием начальных условий в их формировании.

На сжатие галактики уходит около 3 млрд. лет. За данный период времени газовое облако превращается в звездную систему. Образование звезд происходит под воздействием гравитационного сжатия газовых облаков. После достижения в центре облака определенной температуры и плотности, достаточной для начала термоядерных реакций, образуется новая звезда. Массивные звезды образованы из термоядерных химических элементов, по массе превосходящих гелий. Данные элементы создают первичную гелиево-водородную среду. Во время грандиозных взрывов сверхновых звезд образуются элементы, тяжелее железа. Из этого следует, что галактика состоит из двух поколений звезд. Первое поколение – это наиболее старые звезды, состоящие из гелия, водорода и очень небольшого количества тяжелых элементов. Звезды второго поколения обладают более заметной примесью тяжелых элементов, поскольку они формируются из первичного газа, обогащенного тяжелыми элементами.

В современной астрономии галактикам как космическим структурам отводится отдельное место. В деталях изучаются виды галактик, особенности их взаимодействия, сходства и отличия, делается прогноз их будущего. Эта область содержит еще много непонятного, того, что требует дополнительного изучения. Современная наука решила много вопросов относительно видов построения галактик, но осталось также много белых пятен, связанных с образованием этих космических систем. Современные темпы модернизации исследовательской техники, разработка новых методологий исследования космических тел дают надежды на значительный прорыв в будущем. Так или иначе, галактики всегда будут в центре научных исследований. И основано это не только на человеческом любопытстве. Получив данные о закономерностях развития космических систем, мы сможем спрогнозировать будущее нашей галактики под названием Млечный путь.

Самые интересные новости, научные, авторские статьи об изучении галактик Вам предоставит портал сайт. Здесь Вы сможете найти захватывающие видео, качественные снимки со спутников и телескопов, которые не оставляют равнодушными. Погружайтесь в мир неизведанного космоса вместе с нами!

Солнечная система расположена в Галактике, которую иногда называют Млечный Путь. Астрономы договорились писать «нашу» Галактику с Большой буквы, а другие галактики, вне нашей звёздной системы — с маленькой буквы — галактики.

М31 — Туманность Андромеды

Все звёзды и другие объекты, которые мы видим невооружённым глазом, относятся к нашей Галактике. Исключением является Туманность Андромеды, которая является близкой родственницей и соседкой нашей Галактики. Именно наблюдая эту галактику, Эдвин Хаббл (в честь которого назван космический телескоп) смог «разрешить» её на отдельные звёзды в 1924 году. После чего отпали все сомнения по поводу физической природы этой и других галактик, наблюдаемых в виде размытых пятнышек — туманностей.

Наша Галактика имеет размер порядка 100-120 тысяч световых лет (световой год — расстояние, которое проходит свет за один земной год, примерно 9 460 730 472 580 км). Наша Солнечная система находится примерно в 27 000 световых годах от центра Галактики, в одном из спиральных рукавов, который называется «рукав Ориона». С середины 80-х годов XX века известно, что наша Галактика имеет перемычку в центре между спиральными рукавами. Как и другие звёзды, Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью около 240 км/с (у других звёзд другая скорость). За период порядка 200 млн. лет Солнце и планеты солнечной системы совершают полный оборот вокруг центра галактики. Этим объясняются некоторые феномены в геологической истории Земли, которая за время своего существования успела 30 раз обернуться вокруг центра Галактики.

Наша Галактика имеет форму сплющенного диска, если смотреть на неё сбоку. Однако, этот диск имеет неправильную форму. Два спутника нашей Галактики, Большое и Малое Магеллановы облака (в северном полушарии Земли не видны) действием своей гравитации искажают форму нашей Галактики.

Мы видим нашу Галактику изнутри, как если бы мы наблюдали детскую карусель, находясь на одной из карусельных лошадок. Те звёзды Галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в виде полосы неодинаковой ширины, которую мы называем Млечный путь. То, что Млечный Путь, известный ещё с древности, состоит из множества слабых звёзд, открыл в 1610 году Галилео Галилей, наведя свой телескоп на ночное небо.

Астрономы полагают, что наша Галактика имеет гало, которое мы не видим («тёмная материя»), но, которое включает в себя 90% массы нашей Галактики. Существование «тёмной материи» не только в нашей Галактике, но и во Вселенной следует из теорий, которые используют Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако, ещё не факт, что ОТО верна (есть и другие теории гравитации), поэтому у Галактического гало может быть и другое объяснение.

В нашей Галактике находится от 200 до 400 миллиардов звёзд. Это не много по меркам Вселенной. Есть галактики, содержащие триллионы звёзд, например, в галактике IC 1101 их примерно 300 триллионов.

10-15 % массы нашей Галактики составляет пыль и рассеянный межзвёздный газ (в основном, водород). Из-за пыли мы видим нашу Галактику на ночном небе, как Млечный Путь в виде светлой полосы. Если бы пыль не поглощала свет от других звёзд Галактики, мы бы видели яркое кольцо из миллиардов звёзд, особенно яркое в созвездии Стрельца, где находится центр Галактики. Однако, в других диапазонах электромагнитных волн ядро Галактики видно прекрасно, например, в радиодиапазоне (источник Стрелец А), инфракрасном и рентгеновском.

По предположениям учёных (опять же, связанных с ОТО) в центре нашей Галактики (и большинства других галактик) находится «чёрная дыра». Считается, что её масса примерно 40 000 масс Солнца. Движение вещества Галактики к её центру и создаёт то мощнейшее излучение из центра Галактики, которое наблюдают астрономы в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Мы не можем видеть Галактику сверху или сбоку, поскольку находимся внутри неё. Все изображения нашей Галактики со стороны — фантазия художников. Однако, мы достаточно хорошо представляем вид и форму Галактики, поскольку можем наблюдать другие спиральные галактики во Вселенной, похожие на нашу.

Возраст Галактики составляет примерно 13,6 миллиардов лет, что не намного меньше возраста всей Вселенной (13,7 млрд. лет) по оценкам учёных. Самые старые звёзды галактики находятся в шаровых скоплениях, именно по их возрасту вычисляют возраст Галактики.

Наша Галактика является частью более крупного объединения других галактик, называемого нами Местная группа галактик, куда входят спутники Галактики Большое и Малое Магеллановы облака, Туманность Андромеды (М 31, NGC 224), галактика в Треугольнике (М33, NGC598) и ещё примерно 50 других галактик. В свою очередь Местная группа галактик входит в Сверхскопление Девы, которое имеет размер 150 миллионов световых лет.

Это наша Галактика - Млечный Путь. Ей примерно 12 миллиардов лет. Галактика представляет собой огромный диск с гигантскими спиральными рукавами и утолщением в центре. В космосе таких галактик несчётное множество. - Прежде всего Галактика представляет собой крупное скопление звёзд. В среднем она насчитывает сотню миллиардов звёзд. Это настоящий звёздный инкубатор - место, где звёзды рождаются и где они умирают. Звёзды в галактике появляются в облаках пыли и газа, так называемых туманностях.

Перед нами «Столпы творения» в туманности Орла - звёздном инкубаторе в самом сердце Млечного Пути. Наша Галактика содержит миллиарды звёзд, многие из которых окружены планетами или лунами. Долгое время мы знали о галактиках совсем немного. Ещё сотню лет назад человечество считало, что Млечный Путь - единственная галактика. Учёные называли его «нашим островом во Вселенной». Другие галактики для них не существовали. Но в 1924 году астроном Эдвин Хаббл изменил общее представление. Хаббл наблюдал космос с помощью самого совершенного телескопа своего времени с диаметром линзы 254 сантиметра, расположенном в обсерватории Маунт-Вилсон близ Лос-Анджелеса. Глубоко в ночном небе он разглядел неясные клубы света, которые находились очень далеко от нас. Учёный пришёл к выводу, что это не единичные звёзды, а целые звёздные города, галактики далеко за пределами Млечного Пути. - Астрономы испытали настоящий пространственно-временной шок. Буквально за год мы переместились из Вселенной внутри Млечного пути во Вселенную из миллиардов таких галактик. Хаббл совершил одно из величайших открытий в астрономии. В космосе существует не одна галактика, а великое множество галактик. Наша Галактика имеет вихревую структуру, у неё есть два спиральных рукава, и она насчитывает около 160 миллионов звёзд. Галактика М 87 представляет собой гигантский эллипс. Это одна из старейших галактик во Вселенной, и звёзды в ней излучают золотистый свет.

А это галактика Сомбреро, в её центре имеется огромное светящееся ядро, окружённое кольцом газа и пыли. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Галактики великолепны. В каком-то смысле они представляют собой основную единицу Вселенной. Они подобны гигантским цевочным колёсам, которые вращаются в космосе. Это настоящие фейерверки, созданные самой природой. Галактики огромны - настоящие гиганты. На Земле расстояние меряют в километрах, в космосе астрономы используют единицу длины «световой год» - расстояние, проходимое светом за год. Оно примерно равно девяти с половиной триллионам километров. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Мы находимся в 25 тысячах световых лет от центра нашей Галактики, а её диаметр составляет 100 тысяч световых лет. Но даже с такими внушительными размерами она лишь малая крупинка на необъятных просторах космоса. Галактика Млечный Путь кажется нам огромной. Но по сравнению с другими галактиками Вселенной она достаточно мала. Наш ближайший галактический сосед - Туманность Андромеды - достигает в диаметре 200 тысяч световых лет, в 2 раза больше нашего Млечного Пути. М 87 - самая крупная эллиптическая галактика в ближайшем космическом пространстве. Она намного крупнее Андромеды, но по сравнению с другим гигантом М 87 кажется крошечной. IC 10 11 в ширину составляет 6 миллионов световых лет. Это самая крупная из известных галактик. Она в 60 раз крупнее Млечного Пути. Итак, мы знаем, что галактики огромны, они повсюду. Но откуда они взялись? - Одним из важнейших вопросов астрофизики является происхождение галактик. Мы до сих пор не имеем на него точного ответа. Вселенная началась с Большого взрыва, который произошёл примерно 13,7 миллиарда лет назад и представлял собой невероятно горячую, очень плотную фазу. Нам известно, что в то время не могло существовать ничего, подобного галактикам. Поэтому можно сказать, что они появились на рассвете Вселенной. Чтобы создать звёзды, нужна гравитация. Чтобы объединить звёзды в галактики, её нужно ещё больше. Первые звёзды появились спустя всего 200 миллионов лет после Большого взрыва. Затем гравитация стянула их вместе. Так появились первые галактики. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Космический телескоп Хаббл позволили нам заглянуть в прошлое, добраться почти до истока времён, в период, когда первые галактики только начали формироваться. Телескоп Хаббл видит множество галактик, но свет большинства из них покинул источник тысячи, миллионы, даже миллиарды лет назад. Всё это время он летел к нам. Таким образом, сегодня мы обозреваем галактики, которые уже стали историей. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если с помощью Хаббла заглянуть поглубже в космос, можно увидеть небольшие пятнышки, едва ли похожие на существующие галактики. Эти смутные пятна света, скопления миллионов, миллиардов звёзд, которые только начинали объединяться. Эти тусклые пятна - самые ранние из галактик. Они образовались спустя примерно миллиард лет после начала Вселенной. Дальше этого времени Хаббл бессилен. Если нам нужно исследовать более глубокие слои прошлого, нужен другой телескоп. Больше чем тот, который можно запустить в космос. Теперь у нас такой есть в высокой пустыне Северного Чили. Его название АСТ - Атакамский космический телескоп. Этот высочайший из наземных телескопов расположен на отметке 5190 метров над уровнем моря. - Мне очень нравится работать на АСТ в экстремальных погодных условиях. Здесь бывает очень холодно и дуют свирепые ветры. Но огромным плюсом для нашей работы является то, что небо практически всегда чистое. Чистое небо является важным условием для точных рефлекторов АСТ, который фокусируется на ранних галактиках. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - С помощью АСТ мы можем приблизить части неба с невероятной точностью. Мы также можем отслеживать развитие таких структур, как галактики и скопления галактик с высочайшей чёткостью изображения. АСТ не распознает видимый свет, только космические микроволны, оставшиеся от времён, когда Вселенной было несколько сотен тысяч лет. С помощью этого телескопа можно не просто видеть разные галактики, но и следить за их ростом. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - Мы способны проследить процессы формирования галактик и их скоплений. Мы видим следы каждой из них, начиная с нескольких сот тысячелетий от начала мира до сегодняшнего дня. АСТ помог астрономам понять, как развивались галактики практически от начала времён. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Начали отвечать на вопросы: как выглядели галактики в начале создания, похожи ли они на современные галактики, как они росли и развивались. Астрономы наблюдают, какой путь прошли галактики от небольших скоплений звёзд до сегодняшней сети звёздных систем. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - По нашим сегодняшним представлениям, звёзды образуют скопления, которые объединяются в галактики, которые, в свою очередь, образуют скопления галактик, а те формируют сверхскопления галактик - самые крупные единицы космоса на сегодня. Ранние галактики представляли собой бесформенные комки звёзд, газа и пыли. Сегодня же галактики приняли аккуратный упорядоченный вид. Как хаотичные скопления звёзд превратились в стройные эллиптические спиральные системы? С помощью гравитации. Сила притяжения объединяет звёзды, управляет их будущим развитием. В центре большинства галактик существует невероятно мощный разрушительный источник гравитации. И наш Млечный Путь не исключение. Галактики существовали более 12 миллиардов лет. Нам известно, что эти обширные империи звёзд принимают самые разные формы от вихревых спиралей до громадных шаров из звёзд. Всё же многое в галактиках остаётся для нас загадкой. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Как галактики обрели существующую форму? Была ли спиральная галактика всегда в форме спирали? Ответ почти всегда отрицательный. Молодые галактики - бесформенные хаотичные скопления звёзд, газа и пыли. Лишь спустя миллиарды лет они превращаются в такие организованные структуры, как, к примеру, вихревая галактика или наш Млечный Путь. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь вырос не из одного зерна, из множества. То, что сейчас называется галактикой Млечный Путь, когда-то сложилось из множества образований, бесформенных структур, которые объединились в единое целое. Мелкие структуры сходятся благодаря силе притяжения. Она постепенно стягивает звёзды вместе. Они вращаются всё быстрее и быстрее, пока не принимают форму плоского диска. Затем звёзды и газ образуют гигантский спиральные рукава. Этот процесс повторялся на просторах космоса миллиарды раз. Каждая галактика неповторима, но все их объединяет одно: они все вращаются вокруг своего центра. Годами учёные гадали: что обладает достаточной силой, чтобы изменить поведение галактики? И наконец ответ был найден. Чёрная дыра. И не просто чёрная дыра, а сверхмассивная чёрная дыра. - Первым ключом к существованию сверхмассивных чёрных дыр стали галактики, из центра которых вырывался мощный столб энергии. Нам казалось, что эти чёрные дыры питались близлежащими объектами. Что-то вроде гигантского пира в честь Дня благодарения. Пищей для сверхмассивных чёрных дыр служат газ и звёзды. Иногда чёрная дыра поглощает их слишком жадно, и пища выбрасывается обратно в космос в виде луча чистой энергии. Это называется квазар. Когда учёные видят квазар, бьющий из центра галактики, они знают, что у неё есть сверхмассивная чёрная дыра. Как же быть с нашей Галактикой? Ведь у неё нет квазара. Значит ли это, что у неё отсутствует сверхмассивная чёрная дыра? Андреа Гез и её команда вот уже 15 лет пытаются это выяснить. Профессор Андреа Гез, астроном: - Выяснить, есть ли в Млечном Пути сверхмассивная чёрная дыра, можно по движению звёзд. Звёзды вращаются, повинуясь силе тяготения, как и планеты вокруг Солнца. Однако звёзды, расположенные ближе к центру Галактики, скрыты облаками пыли. Поэтому Гез использовала гигантский телескоп Кек на Гавайях, чтобы увидеть сквозь пыль. Её глазам предстала странная и жестокая картина. Профессор Андреа Гез, астроном: - В центре нашей Галактики всё доведено до крайности. Объекты движутся на огромной скорости, звёзды проносятся мимо одна за другой. Всё клокочет, всё бурлит. Такого не увидишь ни в одной точке нашей Галактики. Гез и её команда начали делать снимки некоторых звёзд, вращающихся ближе к центру Галактики. Профессор Андреа Гез, астроном: - Мы поставили себе задачу сделать видеоролик со звёздами в центре Галактики. Пришлось запастись терпением и делать снимок за снимком, прежде чем звёзды задвигались. Фотографии вращающихся звёзд открыли удивительную вещь. Скорость их вращения составила несколько миллионов километров в час. Профессор Андреа Гез, астроном: - Самым волнующим в этом эксперименте был момент, когда мы получили второй снимок и стало ясно, что звёзды вращаются много быстрее обычного. Это полностью подтверждало гипотезу и сверхмассивной чёрной дыре.

Гипотеза была верна. Гез и её команда проследили траекторию звёзд и вычислили расположение от центра их вращения. Существует только одна вещь, достаточно мощная, чтобы вращать вокруг себя громадные звёзды, - сверхмассивная чёрная дыра. Профессор Андреа Гез, астроном: - Только сила притяжения сверхмассивной чёрной дыры заставляет звёзды вращаться. Их траектории стали доказательством сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Чёрная дыра в центре Млечного Пути имеет гигантские размеры. Её ширина 24 миллиона километров. Есть ли опасность для нашей планеты? Профессор Андреа Гез, астроном: - Нет ни малейшей опасности, что нас засосёт в сверхмассивную чёрную дыру. От нас слишком далеко.

Планета Земля находится на расстоянии 25 тысяч световых лет от чёрной дыры в центре Млечного Пути. Это многие миллиарды километров, так что Земля в безопасности. Пока. Сверхмассивные чёрные дыры могут быть источником мощной гравитации. Но у них не хватит сил, чтобы удержать связь между телами галактики. По всем законам физики галактики должны распадаться. Почему этого не происходит? В космосе существует сила более мощная, чем сверхмассивная чёрная дыра. Её нельзя увидеть, и практически невозможно вычислить. Но она существует, она называется тёмной материей, и она повсюду. Астрономы выяснили, что в центре галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, которые притягивают звёзды на высоких скоростях. Но чёрные дыры недостаточно сильны, чтобы соединить все звёзды гигантской галактики в единое целое. Что же это за сила? Это оставалось загадкой, пока один независимый учёный не предположил, что мы имеем дело с чем-то неизведанным. В 30-е годы 20 века швейцарский астроном Фриц Цвикки задался вопросом, почему галактики не распадаются. По его расчётам, они не вырабатывают достаточно силы притяжения, следовательно, должны разлетаться по космосу. - Он заявил: «Я вижу своими глазами, что они не распадаются, а держатся вместе плотной группой. А значит, что-то не даёт им распадаться. Но их собственная сила притяжения не имеет достаточной мощи для этого. Поэтому заключу, что существует нечто, о чём неизвестно человечеству, нечто невообразимое». Он дал ему имя - тёмная материя. Это было как божественное откровение. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Фриц Цвикки опередил своё время на несколько десятков лет, и, конечно, наткнулся на непонимание коллег-астрономов. Но в конечном итоге, он был прав. Если то, что Цвикки назвал тёмной материей, объединяло галактики в группы, возможно, оно же не давало распадаться отдельным галактикам. Чтобы это проверить, учёные сконструировали на компьютере виртуальные галактики с виртуальными звёздами и виртуальной гравитацией. - Мы сделали модель галактики, заселили её звёздами на орбитах в форме плоского диска. В точности, как наша Галактика. И решили, что создали идеальную галактику. Мы гадали, станет ли она спиральной или какой-то другой. Но все наши галактики разлетались на кусочки. Этой галактике не хватало гравитации, чтобы оставаться единым целым, поэтому Острайкер добавил её вместе с виртуальной тёмной материей. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Естественно, нам захотелось попробовать, это решило проблему. Всё получилось. Сила притяжения тёмной материи оказалась связующей силой галактики. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная материя играет роль строительных лесов галактики. С её помощью галактики фиксируются на месте и не распадаются на отдельные тела. Теперь учёные предполагают, что тёмная материя не только поддерживает галактику, но даёт толчок её рождению. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Мы считаем, что первые скопления тёмной материи появились в результате Большого взрыва. Через какое-то время эти скопления стали явными - зёрнами, из которых выросли галактики. Но учёные до сих пор не знают, что же такое тёмная материя. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная материя остаётся чем-то необъяснимым. Мы не понимаем её сущности. Но она однозначно сделана из другого материала… Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - …чем мы с вами. На неё нельзя опереться, её нельзя потрогать. Возможно, она окружает нас повсюду, подобно призраку, который проходит тебя насквозь, как будто ты вовсе не существуешь. Мы можем не знать о тёмной материи, но космос наполнен ею. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Вес тёмной материи эквивалентен, по крайней мере, шестикратному весу Вселенной из обычной материи, то есть, из которой сделаны все мы, без которой невозможно представить нормальную работу законов Вселенной. Однако эти законы работают. Получается, тёмная материя действительно существует. И недавно её следы обнаружены в глубоком космосе. Сделать такое утверждение помогли наблюдения за её влиянием на поведение света. Траектория луча искривляется. Это явление называется гравитационной линзой.

Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Гравитационная линза позволяет определить присутствие тёмной материи. Как оно работает? Представьте, что луч света из какой-нибудь дальней галактики летит к нам. Если на его пути встречаются крупные скопления тёмной материи, его траектория обогнёт тёмную материю под действием силы притяжения.Если смотреть на космические глубины в телескоп Хаббл, форма некоторых галактик представляется искажённой и вытянутой.

Это происходит из-за того, что тёмная материя деформирует изображение. Она как бы помещает её в круглый аквариум. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Проанализировав очертания этих галактик и степень искажения, можно с определённой точностью рассчитать в них количество тёмной материи. Теперь стало ясно, что тёмная материя является неотъемлемой частью космоса. Она существует с начала времён и оказывает влияние на всё и повсеместно. Она создаёт условия для рождения галактик и не даёт им распадаться. Она не видна взглядом, не вычисляется приборами, но, тем не менее, тёмная материя - хозяйка Вселенной. Кажется, что галактики существуют отдельно. Между ними действительно триллионы километров, но, тем не менее, галактики объединены в группы, скопления галактик. Скопления галактик образуют сверхскопления, в которые входят десятки тысяч галактик. Какое место среди них занимает наш Млечный Путь? Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - На общем плане космоса видно, что наша Галактика является частью небольшой группы примерно из тридцати галактик. Наш Млечный Путь и Туманность Андромеды в ней самые крупные. Но, если взглянуть шире, мы лишь небольшая часть сверхскопления галактик под названием Дева. В настоящее время учёные составляют общую карту Вселенной, определяют места расположения галактических скоплений и сверхскоплений. Это обсерватория Апачи - Пойнт в штате Нью-Мексико, в которой находится Слоановский цифровой небесный обзор. Это всего лишь небольшой телескоп, но на него возложена уникальная миссия. Цифровой обзор Слоана составляет первую трёхмерную карту звёздного неба. Она позволит определить точное расположение десятков миллионов галактик. Для этого обзор Слоана охотится за галактиками далеко за пределами Млечного Пути. Он точно определяет расположение галактики, эта информация записывается на алюминиевые диски. - Эти алюминиевые диски в ширину около 30 дюймов и имеют по 640 сквозных отверстий, каждое из которых предназначено для нужного объекта в космосе. Космические объекты - это галактики. Свет от галактики проходит сквозь отверстие и дальше по кабелю из оптоволокна. Таким способом можно записывать сведения о расстоянии и местоположении тысяч галактик и наносить их на трёхмерную карту. Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Мы определяем их очертания, состав, а также то, насколько равномерно они рассыпаны по космическому пространству. Всё это очень важно для астрономии, для понимания законов Вселенной.

Перед нами плоды их работы: крупнейшая трёхмерная карта из существующих сегодня. Карта демонстрирует вещи, до этого недоступные взору: целые скопления и сверхскопления галактик. И картина мира продолжает раздвигаться. Мы видим, что сверхскопления галактик образуют цепочки - филаменты. Обзор Слоана обнаружил одну протяжённостью в 1,4 миллиарда световых лет. Её назвали Великой стеной Слоуна. Это самая крупная единичная структура, открытая в истории науки.

Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Ты чувствуешь колоссальность этого пространства. Мимо твоего взгляда проносятся скопления, филаменты, и каждый из этих крохотных комочков света - огромные галактики. Не звёзды, а целые галактики, и их вокруг сотни и тысячи. Обзор Слоана показывает галактическую географию в крупном масштабе. Учёные пошли дальше. В сверхмощном компьютере они построили целую Вселенную. И здесь не разглядеть отдельные галактики, трудно разобрать даже их скопления. На экране можно увидеть только сверхскопления галактик, составляющие гигантскую космическую паутину филаментов.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если вглядеться в масштабную картину космоса, можно различить узор филаментов, космическую паутину, состоящую из галактик и их скоплений, которые простираются в тысячи различных направлений. С этой точки космос напоминает по своей структуре гигантскую губку. Каждый филамент служит приютом миллионам галактических скоплений, все они связаны между собой тёмной материей. На этой компьютерной модели видно, как тёмная материя просвечивает сквозь сплетения филаментов. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Тёмная материя влияет на местоположение галактики во Вселенной. Посмотрите на галактики: они не рассыпаны по космосу беспорядочно. Они собираются небольшими группами, что в очередной раз свидетельствует о масштабе распространения тёмной материи. Тёмная материя поддерживает всю макроструктуру космоса. Она связывает галактики в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления. Сверхскопления вплетены в цепочки филаментов. Без тёмной материи вся структура космоса просто развалится на части. Вот наша Вселенная крупным планом.

Где-то в глубинах этой гигантской космической паутины, в одном из филаментов приютилась и наша Галактика - Млечный Путь. Он существует уже около 12 миллиардов лет, и ему предстоит погибнуть в мощном космическом столкновении. Галактики - это обширные царства звёзд. Некоторые представляют собой огромные шары, другие - сложные спирали, но все они постоянно меняются. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Когда мы смотрим на свою Галактику, нам кажется, что она неизменна и существовала вечно. Но это не так. Наша Галактика находится в постоянном движении, её природа менялась с течением космического времени. Галактики не только меняются, но и передвигаются. Случается, что галактики сталкиваются друг с другом, и тогда одна поглощает другую. - Во Вселенной существует целая стая различных галактик, которые взаимодействуют и сталкиваются между собой - с другими членами стаи.

Это NGC 2207. На первый взгляд, она похожа на огромную двойную спиральную галактику, но на самом деле это две столкнувшиеся галактики. Столкновение продлится миллионы лет, и в конечном итоге две галактики сольются в одну. Подобные столкновения происходят в космосе повсеместно, и наша Галактика не исключение. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь, по сути, является каннибалом. Он приобрёл свою настоящую форму, поглотив множество более мелких галактик. Даже сегодня на его теле видны небольшие полоски звёзд оставшихся без границ бывших отдельных галактик, которые пополнили собой Млечный Путь. Но это «цветочки» по сравнению с тем, что ждёт нас в будущем. Мы стремительно движемся навстречу галактике Туманность Андромеды, и для Млечного Пути это не сулит ничего хорошего. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Млечный Путь приближается к Андромеде со скоростью примерно 250 тысяч миль в час, а это значит, что через 5–6 миллиардов лет нашей Галактики не станет. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Андромеда надвигается на нас всей своей чудовищной массой. При взаимодействии галактик каждая из них в отдельности распадается, и их тела постепенно перемешиваются, нарастают, как снежный ком. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Две галактики начинают пляску смерти.

Это воспроизведение будущего столкновения, ускоренное в миллионы раз. При столкновении двух галактик клубы газа и пыли разлетаются во все стороны. Сила притяжения сливающихся галактик срывает звёзды с орбит и забрасывает в тёмные глубины Вселенной. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Судный день Млечного Пути станет живописной картиной, и мы будем наблюдать разрушение нашей Галактики из первых рядов. Постепенно две галактики пройдут друг друга насквозь, а затем вернутся, чтобы слиться в единое целое. Как ни странно, звёзды не столкнутся между собой. Они по-прежнему слишком далеко друг от друга. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Звёзды просто перемешаются. Вероятность столкновения двух отдельных звёзд фактически равна нулю. Однако пыль и газ между звёздами начнут разогреваться. В какой-то момент они воспламенятся, и сталкивающиеся галактики раскалятся добела. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - В какой-то момент в небесах может разгореться настоящий пожар. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды перестанут существовать. Появится новая галактика - Мелкомеда, которая станет новой космической единицей. Новая галактика Мелкомеда будет иметь вид огромного эллипса без рукавов и спиралей. Избежать будущего нам не удастся. Вопрос в том, что оно принесёт планете Земля. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Нас может либо отбросить в открытый космос вместе с обрывками рукавов Млечного Пути, либо засосать в тел новой галактики. Звёзды и планеты раскидает по всей галактике и за её пределы, и для планеты Земля это может стать печальным концом. Вселенная ещё не раз увидит столкновение галактик. Но эра галактического каннибализма тоже когда-нибудь закончится. Галактики служат приютом звёздам, солнечным системам, планетам и лунам. Галактика обеспечивает себя всем необходимым. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактики - это живая кровь в теле Вселенной. Мы существуем потому, что мы возникли внутри Галактики, и всё, что мы видим, всё, что имеет для нас значение, происходит внутри Галактики. При всём этом галактики представляют собой хрупкие структуры, соединённые воедино тёмной материей. Учёные обнаружили ещё одну действующую силу Вселенной. Её называют тёмной энергией. Тёмная энергия действует в противовес тёмной материи. Если одна соединяет галактики, то другая отделяет их друг от друга. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия, о которой нам известно буквально одно десятилетие, является доминантой космоса и представляет собой ещё большую тайну. У нас нет ни малейшего понятия - зачем она нужна. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Трудно сказать, из чего она состоит. Мы знаем, что она есть, но что это такое, какая у неё функция, остаётся загадкой. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная энергия - странная штука. Кажется, космическое пространство пронизано крохотными источниками, которые заставляют предметы отталкиваться друг от друга. Учёные считают, что в далёком-далёком будущем тёмная энергия выиграет космическую битву с тёмной материей, и галактики начнут распадаться. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия истребит галактики. Это произойдёт, когда остальные галактики начнут постепенно удаляться от нашей, пока не пропадут из поля зрения. И так как галактики разлетятся в стороны со скоростью выше скорости света, они буквально исчезнут с наших глаз. Не сегодня, не завтра, но, возможно, через триллионы лет мы останемся в пустой Вселенной. Галактики станут одинокими островами на бескрайних просторах космоса. Но это случится ещё очень нескоро. Сегодня Вселенная процветает, а галактики создают все условия для существования жизни. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Без галактик меня бы здесь не было, вас бы не было, да и жизнь могла бы не зародиться вовсе. Нам несказанно повезло: жизнь зародилась на Земле только благодаря тому, что наша крохотная Солнечная система находится в нужной части Галактики. Расположись мы чуть ближе к центру, мы бы не выжили. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Жизнь в центре Галактики очень жестокая, и, если бы наша Солнечная система располагалась ближе к центру, там было бы столько радиации, что мы не смогли бы выжить. Жить слишком далеко от центра тоже не лучше. Количество звёзд на краях Галактики резко уменьшается. Нас бы могло вообще не быть. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Можно сказать, что мы выбрали золотую середину Галактики: не далеко, не близко, а точно в яблочко. Учёные верят, что этот золотой пояс Галактики может включать миллионы звёзд, а среди них наверняка найдутся другие Солнечные системы, способные поддерживать жизнь. И они находятся в нашей собственной Галактике. И если у нас есть обитаемая зона, в других галактиках она тоже может существовать. Профессор Андреа Гез, астроном: - Вселенная огромна, она снова и снова преподносит нам сюрпризы. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Каждый раз, когда мы думаем, что нашли ответ на какой-то вопрос, выясняется, что он привёл нас к ещё большему вопросу. Это разжигает интерес. Наша родная Галактика Млечный Путь и другие галактики во Вселенной ставят перед нами бесконечные вопросы, требующие ответов, и тайны, ещё никем не открытые. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Кто бы мог предположить 10 лет назад, что мы сможем найти чёрную дыру в центре Галактики? Кто из астрономов всего 10 лет назад поверил бы в тёмную материю и тёмную энергию? Всё больше учёных посвящают свои исследования галактикам. Именно в них лежит ключ к пониманию законов Вселенной. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Разве это не удивительно - жить на этом отрезке времени в истории космоса на этой маленькой планете на окраинах случайной галактики и получать ответы на вопросы о Вселенной с самого её начала и до самого конца. Мы должны бесконечно радоваться этому краткому моменту в лучах Солнца. Галактики рождаются, развиваются, сталкиваются и погибают. Галактики - это сверхзвёзды для мира науки. У каждого учёного-астронома есть свои любимчики. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Вихревая галактика или М51. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Если бы можно было повесить её на стену, я бы выбрал галактику Сомбреро. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактика Сомбреро, кольцевые галактики - они очень красивы. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Моя любимая галактика - Млечный Путь. Это мой родной дом. Нам повезло, что Млечный Путь даёт нам всё необходимое для жизни. Наша судьба напрямую зависит от нашей Галактики и от всех остальных галактик. Они создали нас, они придали нашей жизни форму, и наше будущее в их руках.

3. Объекты Галактики.
4. Эволюция Галактики.
5. Проблема темной материи.

1. Млечный Путь – наш звездный дом.

В ясную безлунную ночь звездное небо представляет собой очень красиво зрелище. Широкая светлая полоса тянется через все небо. Древние греки называли эту полосу galaxias, что значит, молочный круг. Мы называем ее – Млечный путь. Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд, общим числом около 100 миллиардов. Это множество звезд и газопылевых туманностей, в которые эти звезды погружены, образует гигантскую систему – Галактику. Звезды, которые мы видим на небе невооруженным глазом, — просто наиболее близкие к нам объекты этой системы.
Солнечная система, естественно, тоже входит в состав Галактики. Однако расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное с точки зрения изучения этой системы как целого: мы находимся в таком месте, что с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего почти непрозрачными для видимого света некоторые направления, особенно в сторону центра Галактики. Согласитесь, что трудно судить о виде здания, если ты находишься внутри его, и никогда не был снаружи. Так и с нашей Галактикой: очень долгими были споры об ее размерах, массе, структуре, размещении звезд. Только относительно недавно, в двадцатом веке, всевозможные исследования позволили человеку судить о том, как мы выглядим со стороны. Во многом помогло нам то обстоятельство, что наша Галактика не одинока во Вселенной.
При изучении неба с телескопом кроме звезд себя обнаруживали еще неясные туманные пятна. Их так и назвали — «туманности». Однако некоторые туманности разительно отличались от остальных. При измерении скорости их движения с помощью эффекта Доплера, оказывалось что они двигались со скоростями на порядок большими, чем остальные туманности. Однажды, исследуя одну из них — Туманность Андромеды, Эдвин Хаббл сумел увидеть в ней отдельные звезды и доказать, что она является гигантским их скоплением, не уступающим по масштабу Млечному Пути. Оказалось, что существуют звездные системы, подобные Галактике! Теперь известно, что они удалены от нас на миллионы и миллиарды световых лет, их число измеряется многими миллиардами, а разнообразие форм поражает человеческий разум. Такие туманности, не мудрствуя лукаво, назвали галактиками, но уже с маленькой буквы. Исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсек до нескольких десятков килопарсек.
Итак, Галактика представляет собой сложную звездную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые связаны между собой гравитационным взаимодействием. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов масс Солнца. 100 миллиардов звезд населяет Галактику, Правда, только два миллиарда из них доступно нашим сегодняшним наблюдениям.

#y5_direct1 .y5_ad div a { color: rgb(0, 0, 204) ! important; }#y5_direct1 .y5_ad div { color: rgb(0, 0, 0) ! important; }#y5_direct1 .y5_ad span, #y5_direct1 .y5_ad span a { color: rgb(0, 102, 0) ! important; }#y5_direct1 .y5_all a, #y5_direct1 .y5_how a { color: rgb(0, 0, 204) ! important; }#y5_direct1 .y5_icon em { background-color: rgb(0, 102, 0) ! important; }#y5_direct1 { font-size: 0.9em ! important; }

2. Строение Галактики – форма, размеры, динамика.

Галактика состоит из двух основных подсистем диска и гало , вложенных одна в другую и гравитационно-связанных друг с другом. Первая — сферическое гало , ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж . Вторая подсистема – это массивный звездный диск . Его масса равна 150 млрд масс Солнца. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало.
Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром . Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. Однако Солнце расположено достаточно далеко от ядра Галактики – на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет). Поэтому, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 8 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. Центр Галактики находится в направлении созвездия Стрельца. В 2004 году окончательно доказано, что в центре Галактики находится черная дыра с массой около трех миллионов масс Солнца.
В кольцевой области галактического диска от 3 до 7 кпк сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды (облака пыли и газа); там находится наибольшее количество пульсаров и источников инфракрасного излучения. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи, так как Солнце находится в плоскости галактического диска. Размеры Галактики: диаметр диска — 30 кпк (100 000 световых лет), толщина диска – 1000 световых лет.
Изучение собственных движений звезд в Галактике показывает, что галактический диск вращается. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса, находящегося в созвездии Волосы Вероники. Исследования показали, что Галактика имеет хорошо выраженную спиральную структуру. Спирали представляют собой волны плотности, распространяющиеся в сторону вращения диска Галактики, с постоянной угловой скоростью. А звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики с постоянной линейной скоростью. И, следовательно, угловая скорость вращения зависит от расстояния до центра и убывает по мере удаления от центра, то есть Галактика не вращается как твердое тело. Поэтому волны плотности, ближе к центру Галактики отстают от галактических объектов, а ближе к окраинам опережают их. Поэтому почти все звезды диска то попадают внутрь спиральных ветвей, то выходят из них. Проходя через гигантские облака молекулярного водорода, волны плотности сжимают газ, и в облаке начинается процесс звездообразования. Таким образом, галактический спиральный рукав отмечен повышенной плотностью облаков нейтрального и молекулярного газа с той стороны, с которой он набегает на эти облака, и большим числом молодых звезд, с противоположной стороны.
Вращение звезд Галактики не подчиняется и закону Ньютона. Этот необъяснимый факт привел к новым удивительным открытиям, связанным с понятием темной материи.
Наше Солнце расположено между спиральными рукавами Стрельца и Персея, движется со скоростью около 220 км/с, и делает полный оборот вокруг центра Галактики за 200 миллионов лет. За время своего существования Солнце облетело Галактику примерно 30 раз. Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движутся спиральные рукава. Такая ситуация неординарна для Галактики. Единственное место, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают, — это коротационная окружность и, именно вблизи нее расположено Солнце. Может быть, это обстоятельство дало возможность возникнуть и сохраниться жизни на Земле. Ведь в спиральных рукавах происходят бурные процессы, мощное излучение от которых погубило бы все живое на Земле. Так что наше периферийное положение по отношению в галактической «столице» можно считать даже привилегированным.
Звезды галактического диска были названы населением I типа , звезды гало – населением II типа . К диску относятся, как правило, звезды ранних спектральных классов О и В, т.е. молодые звезды. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики. Возраст населения второго типа порядка 10 — 12 миллиардов лет. Население первого типа отличается от населения второго типа большим содержанием тяжелых элементов.

3. Объекты Галактики.

#y5_direct2 .y5_ad div a { color: rgb(0, 0, 204) ! important; }#y5_direct2 .y5_ad div { color: rgb(0, 0, 0) ! important; }#y5_direct2 .y5_ad span, #y5_direct2 .y5_ad span a { color: rgb(0, 102, 0) ! important; }#y5_direct2 .y5_all a, #y5_direct2 .y5_how a { color: rgb(0, 0, 204) ! important; }#y5_direct2 .y5_icon em { background-color: rgb(0, 102, 0) ! important; }#y5_direct2 { font-size: 0.9em ! important; }

Звездные скопления . В Галактике каждая третья звезда – двойная. Но известны и более сложные объекты – звездные скопления. Они подразделяются на рассеянные и 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.
Рассеянные скопления содержат от сотен до нескольких тысяч звезд. Их масса невелика (100–1000 М ¤), и гравитационное поле не может долго сдерживать их в малом объеме пространства, поэтому за миллиарды лет рассеянные скопления распадаются. Среди рассеянных звездных скоплений гораздо больше молодых звезд, чем старых. Все звезды, входящие в состав скопления, имеют общее движение. В двадцатых годах ХХ века Харлоу Шепли исследовал рассеянные скопления и произвел классификацию их звезд. Диаграмма Герцшпрунга – Рассела для семи рассеянных скоплений показала, что практически все их звезды лежат на главной последовательности. Размеры рассеянных скоплений от 2 до 20 парсек.
Шаровые звездные скопления сильно выделяются на звездном фоне благодаря значительному числу звезд и четкой сферической форме. Диаметр шаровых скоплений составляет от 20 до 100 пк, а масса – 104–106 М ¤. Вся сфера шарового скопления густо заполнена звездами, их концентрация растет к центру. Некогда шаровые скопления преобладали в галактике Млечный Путь. Когда-то давным-давно, когда наша Галактика только образовалась, по ней скитались тысячи шаровых скоплений. Сегодня осталось порядка 200. Многие шаровые скопления были разрушены в результате роковых столкновений друг с другом или с галактическим центром. Звезды в них движутся по своим орбитам вокруг центра скопления. Скопление, в свою очередь, движется по орбите вокруг центра Галактики. К настоящему моменту открыто около 160 шаровых скоплений, находящихся в сферическом гало нашей Галактики.
Шаровые скопления – старейшие образования в нашей Галактике, их возраст от 10 до 12 миллиардов лет сравним с возрастом самой Вселенной. Бедный химический состав и вытянутые орбиты, по которым они движутся в Галактике, говорят о том, что шаровые скопления образовались в эпоху формирования самой Галактики. Возраст звезд, входящих в состав шаровых скоплений, солиден, поэтому все массивные звезды прошли длинный путь эволюции и стали нейтронными звездами или белыми карликами. В результате, в шаровых скоплениях наблюдаются вспышки новых звезд, рентгеновские источники и пульсары. Именно в сторону шарового скопления М13 в Геркулесе было отправлено в 1974 году из обсерватории Аресибо первое радио-послание с Земли в поисках внеземных цивилизаций.
Третий тип скоплений — звездные ассоциации. Это группировки молодых звезд. Их начали изучать в двадцатых годах ХХ века. Так называемые ОВ-ассоциации, имеют протяженность от 15 до 300 пк и содержат от нескольких десятков до нескольких сотен 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. Т-ассоциации содержат переменные звезды типа Т Тельца, которые еще не достигли главной последовательности и находятся на самых ранних этапах звездной эволюции.
Межзвездное вещество. Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5–50 К и очень горячий газ с температурой 106 К – корональный газ . По температуре и плотности межзвездные облака делят на четыре разных типа.

Среди молекулярных облаков выделяются гигантские молекулярные облака (ГМО) с массами 105–106М¤ . Температура таких облаков от 5 до 30 К. В галактическом диске примерно 6000 таких облаков, и в них содержится 90% всего молекулярного газа Галактики. Это непосредственные очаги звездообразования.
В Галактике, особенно в диске имеется также большое количество 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.

4. Эволюция Галактики.

Согласно современным представлениям, Галактика образовалась из медленно вращавшегося газового облака, по своим размерам превосходившего ее в десятки раз. Первоначально оно состояло из смеси 75% водорода и 25% гелия и почти не содержало тяжелых элементов. В течение примерно миллиарда лет это облако свободно сжималось под действием сил гравитации. Этот коллапс неизбежно привел к фрагментации и началу процесса звездообразования. Сначала газа было много, и он находился на больших расстояниях от плоскости вращения. Возникли звезды первого поколения, в том числе и весьма массивные, а также шаровые скопления. Их современное пространственное распределение соответствует первоначальному распределению газа, близкому к сферическому.
Наиболее массивные звезды первого поколения быстро проэволюционировали и обогатили межзвездную среду тяжелыми элементами, главным образом за счет вспышек сверхновых. Та часть газа, которая не превратилась в звезды, продолжала свой процесс сжатия к центру Галактики. Из-за сохранения момента количества движения, ее вращение становилось быстрее, образовался диск, и, в нем снова начался процесс звездообразования. Это второе поколение звезд оказалось богатым тяжелыми элементами. Оставшийся газ сжался в более тонкий слой, так возникла плоская составляющая – основная арена современного звездообразования. Разумеется, выделения двух или трех поколений звезд весьма условно: скорее всего, звездообразование было единым непрерывным процессом, хотя в нем и возможны были отдельные этапы замедления.

5. Проблема темной материи.

Анализ вращения тел в Галактике показал, что масса ее должна быть в десять раз больше той, которую мы определяем по видимым объектам. Значит, помимо гало, балджа и диска, вместе с находящимся в них наблюдаемыми 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.
Природа бросила настоящий вызов человеческому знанию: в начале XXI века мы даже не представляем, из чего состоит вещество, в основном заполняющее Вселенную! По одной из гипотез часть темной материи может заключаться в коричневых карликах, в плотных и холодных молекулярных облачках, которые имеют малый размер и недоступны для обычных наблюдений, а также в огромном количестве нейтрино, которые имеют ненулевую массу покоя и заполняют периферию Галактики. Темная материя может находиться и в умерших звездах. Однако большинство космологов предполагает, что темное вещество состоит не из барионов, а из экзотических частиц, оставшихся после Большого взрыва.
Темная масса существует не только в нашей Галактике. Так, в середине восьмидесятых годов было установлено, что Местная группа галактик движется со скоростью более 600 км/с в сторону большого сверхскопления галактик. Эта скорость слишком велика, чтобы ее можно было объяснить гравитационным действием наблюдаемых галактик. Она свидетельствует о присутствии темной массы и между галактиками. Новейшие наблюдения слабых галактик с помощью чувствительных ПЗС-матриц позволили не просто подтвердить наличие скрытой массы в скоплениях галактик, но и «картографировать» ее распределение в скоплениях. В данном случае гравитация скопления «работает» в качестве собирающей линзы для изображений слабых голубых галактик находящихся далеко за самим скоплением. При этом изображения далеких галактик искажаются, «вытягиваясь» в дуги разной длины с центром, совпадающим с центром скопления.
Природа сама придумала для астрофизиков гигантский всеволновой космический телескоп, основанный на эффекте гравитационного линзирования . Это явление, основанное на общей теории относительности, было теоретически предсказано в тридцатые годы ХХ века Альбертом Эйнштейном. Если на пути света от далекого источника до нас есть какой-либо массивный объект, например галактика, то лучи света в ее поле тяготения будут искривляться, и галактика выступит в роли линзы, собирающей свет. Результат, в частности, может заключаться в появлении кратного (двойного, тройного и т.д.) изображения одного и того же объекта, или усиления его яркости, если Земля оказалась на нужном расстоянии от гравитационной линзы. Первая гравитационная линза была открыта в 1979 г. Это был квазар. Сейчас известно более 25 гравитационных линз. Среди гравитационных линз встречаются образования различной формы, а самыми эффектными выглядят кресты и кольца Эйнштейна . Природа же скрытой массы во Вселенной остается неясной до настоящего времени.