Галактика Млечный Путь: все, что вам нужно знать о нашем космическом доме

Мы живем в золотой век исследований и исследований Млечного Пути.

Млечный Путь - это спиральная галактика с перемычкой около 13,6 миллиарда лет с большими поворотными руками, простирающимися по космосу.

❗️ Тип галактики: спиральная галактика

❗️Возраст: 13,6 миллиарда лет (и это число растет)

❗️ Размер: 100 000 световых лет в поперечнике

❗️Количество звезд: около 200 миллиардов

❗️Время вращения: 250 миллионов лет

По данным обсерватории Лас-Кумбрес, диск нашей домашней галактики имеет диаметр около 100 000 световых лет и толщину всего 1000 световых лет.

Так же, как Земля вращается вокруг Солнца, солнечная система вращается вокруг центра Млечного Пути. По данным Interesting Engineering, несмотря на мчание пространства со скоростью около 515 000 миль в час (828 000 км/ч), нашей солнечной системе требуется около 250 миллионов лет, чтобы завершить одну революцию. В последний раз, когда наша планета была в таком положении, динозавры только появлялись, и млекопитающие еще не эволюционировали.

Если бы центр Млечного Пути был городом, мы бы жили в пригороде, примерно в 25 000-30 000 световых лет от центра города. Жизнь на окраине хороша; мы находимся в одном из небольших районов, Руке Ориона-Цигна, зажатой между более крупными руками Персея и Киля-Страгитарца. Если бы мы отправились внутрь к центру города, мы бы нашли оружие Scutum-Centaurus и Norma.

В ясную ночь, лишенную светового загрязнения, мы можем увидеть яркие огни галактического города, протяжающего по ночному небу. Наше окно во вселенную, эта молочно-белая полоса звезд, пыли и газа - это то место, где наша галактика получила свое название.

В самом сердце Млечного Пути лежит сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*. Примерно в 4 миллиона раз больше массы солнца, этот зверь потребляет все, что заближается слишком близко, нащаясь на достаточном запасе звездного материала, позволяющего ему вырасти в гиганта. В 2022 году мы впервые изобразили этот обжор в центре нашей галактики с помощью инновационной техники, позволяющей нам видеть тень черной дыры.

По данным Американского музея естественной истории (AMNH), наш галактический дом называется Млечный Путь в честь его очевидного молочно-белого внешнего вида, когда он простирается по ночному небу. В греческой мифологии эта молочная группа появилась потому, что богиня Гера распыляла молоко по небу.

Во всем мире Млечный Путь известен под разными именами. Например, в Китае она называется "Серебряная река", а в пустыне Калахари в Южной Африке - "Хребет ночи".

Где Земля в Млечном Пути?

Земля расположена примерно на полпути к краю Млечного Пути, на расстоянии около 26 000 световых лет от центра. Мы проживаем в черте, известной как Орионская шпора (иногда также называемая Орионовой рукой), которая является ответвлением между более крупным Стрельцом и Персеем, которые лежат внутрь и наружу от нашего местоположения.

Какой тип галактики Млечный Путь?

Млечный Путь - это большая спиральная галактика с перекладиной, с относительно небольшой полосой по сравнению с большинством галактик аналогичного размера. Центральный стержень (или центральная выпуклость) - это круглая или овальная структура старых звезд, которая находится в центре спиральных галактик.

Какая самая большая планета в Млечном Пути?

Самой большой известной планетой в Млечном Пути может быть HD 100546 b, который является очень крупным газовым гигантом в процессе формирования диаметром примерно в 6,9 раза больше, чем у Юпитера, или в 77 раз больше Земли.

Измерение радиуса крайне неопределенно, так как часть материала, окружающего планету, может быть маскируется как часть самой планеты. Крупнейшими планетами, размеры которых известны наверняка, являются HAT-P-67 b и XO-6b, диаметр которых примерно в 2,1 раза больше, чем у Юпитера. Диаметры обеих этих планет измерялись непосредственно при прохождении родительской звезды.

Изучение Млечного Пути было, как известно, было трудным делом. Астрономы иногда сравнивают усилия с попыткой описать размер и структуру леса. Исходя из нашей позиции на Земле, нам просто не хватает обзора. Но два новаторских космических телескопа, запущенных с 1990-х годов, помогли вступить в золотой век исследований Млечного Пути. Были достигнуты значительные успехи, особенно после запуска миссии Гайя Европейского космического агентства (ЕКА) в 2013 году.

Телескопы позволили астрономам различать основную форму и структуру некоторых ближайших галактик, прежде чем они узнали, что смотрят на галактики. Но реконструкция формы и структуры нашего собственного галактического дома была медленной и утомительной. Процесс включал в себя создание каталогов звезд, составление графиков их положения на небе и определение того, как далеко от Земли они находятся.

Голландский астроном Ян Оорт, которого иногда называют хозяином галактической системы, был первым, кто понял, что Млечный Путь не неподвижен, а вращается, и он рассчитал скорости, на которых звезды на разных расстояниях вращаются вокруг галактического центра. Именно Оорт определил положение нашего солнца в огромной галактике. (Облако Оорта, хранилище триллионов комет вдали от солнца, было названо в его честь.)

Постепенно появилась сложная картина аспиральной галактики, которая кажется довольно обычной.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*. С массой, равной четырем миллионам солнц, черную дыру, обнаруженную в 1974 году, можно наблюдать в небе с помощью радиотелескопов недалеко от созвездия Стрельца.

Все остальное в галактике вращается вокруг этих мощных ворот к небытию. В его непосредственной близости находится плотно упакованная область пыли, газа и звезд, называемая галактической выпуклой. В случае Млечного Пути эта выпуклость имеет форму арахиса, по данным ЕКА, диаметром 10 000 световых лет. Он насчитывает 10 миллиардов звезд (из общей сложности около 200 миллиардов Млечного Пути), в основном старых гигантов, которые сформировались на ранних стадиях эволюции галактики.

За выпуклость простирается галактический диск. Эта особенность составляет 100 000 световых лет в поперечнике и 1000 световых лет, и она является домом для большинства звезд галактики, включая наше солнце. Звезды в диске рассеиваются в облаках звездной пыли и газа. Когда мы смотрим на небо ночью, именно вид этого диска, простирающихся к галактическому центру, захватывает дух.

Звезды на дисковой орбите вокруг галактического центра, образуя закрученные потоки, которые, кажется, исходят как руки из галактической выпуклости. Исследования механизмов, которые управляют созданием спиральных вооружений, все еще находятся в зачаточном состоянии, но последние исследования показывают, что эти руки формируются и рассеются в относительно короткие периоды до 100 миллионов лет (из 13 миллиардов лет эволюции галактики).

Внутри этих рук звезды, пыль и газ более плотно упакованы, чем в более слабо заполненных областях галактического диска, и эта повышенная плотность вызывает более интенсивное звездообразование. В результате звезды в галактическом диске, как правило, намного моложе, чем звезды в выпуклости.

"Спиральные руки похожи на пробки в том, что газ и звезды собираются вместе и медленнее двигаются в руках. По мере того, как материал проходит через плотные спиральные рукава, он сжимается, и это вызывает больше звездообразование", - говорится в заявлении Денильсу Камаргу из Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии.

По данным Национального научного фонда (NSF), Млечный Путь в настоящее время имеет четыре спиральных рукава. Есть два основных рукава - Персей и Скут-Кентавр - и Стрелец и Местное оружие, которые менее выражены. Ученые все еще обсуждают точное положение и форму этих рук, используя данные Гайи.

По данным ЕКА, диск Млечного Пути не плоский, а деформированный. По мере вращения он прецессирует, как колеблющаяся вращающаяся верхняя часть. Это колебание, по сути, гигантская рябь, окружает галактический центр гораздо медленнее, чем звезды в диске, завершая полное вращение примерно через 600-700 миллионов лет. Астрономы считают, что эта волна может быть результатом прошлого столкновения с другой галактикой.

Вокруг диска и выпуклости посыпаются шаровые скопления, коллекции древних звезд, а также около 40 карликовых галактик, которые либо вращаются, либо стыкаются с большим Млочным Путем, согласно заявлению ЕКА.

Все это окружено сферическим ореолом пыли и газа, который в два раза шире диска. Астрономы считают, что вся галактика встроена в еще больший ореол невидимой темной материи. Поскольку темная материя не излучает света, ее присутствие можно выложить только косвенно по ее гравитационным воздействиям на движения звезд в галактике. Расчеты показывают, что этот загадочный материал составляет до 90% массы галактики.

Согласно последним оценкам НАСА, масса Млечного Пути, включая темную материю, равна 1,5 триллионам солнечных масс. Видимая материя галактики распределена между ее 200 миллиардами звезд, их планетами и массивными облаками пыли и газа, которые заполняют межзвездное пространство. Астрономы не совсем уверены, сколько планет в Млечном Пути, учитывая, что мы нашли только несколько тысяч сказанных, но одна оценка НАСА предполагает, что это более 100 миллиардов планет. Сколько солнечных систем в Млечном Пути также остается загадкой, так как мы все еще ищем планеты.

Солнце вращается около 26 000 световых лет от черной дыры Стрельца А*, примерно в середине галактического диска. Путешествуя со скоростью 515 000 миль в час (828 000 км/ч), солнцу требуется 230 миллионов лет, чтобы завершить полную орбиту вокруг галактического центра.

Солнце сидит у края Местного рукава Млечного Пути, одного из двух меньших спиральных рукавов галактики. В 2019 году, используя данные миссии Gaia, астрономы обнаружили, что солнце, по сути, путешествует по волне межзвездного газа длиной 9000 световых лет, 400 световых лет в ширину и волнистых 500 световых лет выше и ниже галактического диска, согласно ЕКА.

Планеты Солнечной системы не вращаются по плоскости галактики, а опрокинуты примерно на 63 градуса.

"Это почти как будто мы плывем по галактике боком", - сказал Space.com Мерав Офер, астрофизик из Университета Джорджа Мейсона в Вирджинии.

Черная дыра в Млечном Пути называется Стрелец А*. Черная дыра в основном спит, что делает ее очень сложной для наблюдения. Стрелец А* имеет массу в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца, астрономы Рейнхард Генцель и Андреа Гез обнаружили его в 2008 году. Приблизительный диаметр составляет 14,6 миллиона миль (23,5 миллиона километров). Для сравнения, сам Млечный Путь имеет ширину около 100 000 световых лет и толщину 1000 световых лет.

Огромный диск газа вокруг Стрельца А* выдыхается на 5-30 световых лет от сверхмассивной черной дыры. Именно эта огромная, но слабая площадь газа дает немного материала для деятельности Стрельца А*. Известно, что область излучает рентгеновские лучи из-за подачи газа или из-за трения внутри диска, поскольку температура поднимется до 18 миллионов градусов по Фаренгейту (10 миллионов градусов по Цельсию).

Ученые хотели бы получить больше информации об этой сверхмассивной черной дыре, чтобы узнать больше о том, как она была сформирована и условиях, которые сделали возможным ее рост. Несколько возможностей включают в себя небольшие черные дыры, которые становятся довольно большими, поскольку они съедают пыль и газ в окружающей среде поблизости; в качестве альтернативы, меньшие черные дыры могут объединиться и создать что-то более чудовищное.

Как правило, у ученых есть улучшенные модели для черных дыр звездной массы и черных дыр средней массы. Эти объекты образуются, когда огромные звезды, во много раз превышающие массу нашего солнца, разрушаются после остановки ядерного синтеза. Поскольку они больше не могут остановить гравитационный коллапс, они сжимаются до гравитационно мощного объекта, который может деформировать время и пространство вокруг него так сильно, что свет больше не может ускользнуть.

Мы постепенно узнаем больше о Стрельце А* благодаря таким усилиям, как первое в истории изображение черной дыры, которое было получено 12 мая 2022 года. Изображение запечатлело слабое количество света, вызванное нагретым веществом, движущимся сверхбыстро к центру черной дыры; изображение представляет собой тень высокой четкости. Для этого изображения требовался большой набор обсерваторий по всему миру размером с Землю, что было возможно через телескоп Event Horizon (EHT).

Мы постоянно развиваем наши богатые знания о Млчном Пути, хотя до относительно недавнего времени астрономы считали, что все звезды на небе принадлежат нашей галактике.

По данным Национальной академии наук, в 1920 году астрономы Хербер Кертис и Харлоу Шепли спорили о масштабах вселенной и перспективах «островных вселенных» (галактики).

С одной стороны дебатов Шепли считал, что Млечный Путь намного больше, чем предыдущие оценки, и что мы не были в центре. Он также утверждал, что "спиральные туманности", такие как Андромеда, являются частью Млечного Пути. С другой стороны, Кёртис не оспаривал утверждения Шепли о гораздо большем Млчном Пути, однако он утверждал, что существуют большие островные вселенные (галактики), такие как Андромеда, которые лежат за пределами Млечного Пути.

Спор был разрешен, когда измерения Эдвином Хабблом переменных звезд цефеиды доказали, что Андромеда находится далеко за пределами Млечного Пути. Современные оценки показывают, что галактика Андромеда, наш ближайший сосед по галактике, находится на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

Совсем недавно астрономы пытались выяснить, что такое галактика Млечный Путь. Наши лучшие оценки в наши дни показывают, что это перемкнулась спираль, что означает, что по центру есть стержни. Астрономы могут оценить форму Млечного Пути, глядя на его популяцию звезд, а также на их движения по небу.

Теперь мы знаем, что Млечный Путь находится в локальной группе галактик, состоящей из более чем 30 галактик, включая Андромеду, Треуголь и Льва I, и это лишь некоторые из них. Оказывается, довольно хорошо знать, кто ваши соседи, так как они могут быть ближе, чем вы думаете. Млечный Путь в настоящее время движется к Андромеде со скоростью 250 000 миль в час (400 000 км/ч). Хотя пока нет необходимости беспокоиться, этот крах космических масштабов не должен произойти еще 4 миллиарда лет.

НАСА и другие космические организации уже несколько десятилетий наблюдают столкновения далеких галактик, чтобы понять, с чем мы можем столкнуться, когда столкнутся Андромеда и Млечный Путь. Короткая история заключается в том, чтобы беспокоиться; более длинная история заключается в том, что процесс интересен, так как он показывает, как могут развиваться галактики.

Например, наблюдения трехстороннего галактического столкновения в 2022 году с использованием знаменитого космического телескопа "Хаббл" дали некоторые интригующие идеи. Самая большая часть группы, когда она вышла на плотную орбиту вместе с двумя другими, зацепила какой-то материал с его относительно более сильной гравитацией. Это создало интригующую полосу газа, пыли и других материалов, впадающих в большую галактику, видимую даже с Земли.

Хотя руки Млечного Пути, безусловно, будут разорваны этим процессом, отдельные звезды относительно безопасны, так как пространства между ними довольно большие. Другими словами, не ищите звездные столкновения, так как их практически не будет. Однако звездные роды ускорятся из-за количества газа, закачиваемого в нашу галактику, что приведет к увеличению яркости нашей галактике и расширению ее населения в ближайшие миллионы лет после столкновения.

Поэтому наша собственная солнечная система должна быть относительно безопасной из-за низкого риска столкновения звезд. Тем не менее, мы можем оказаться на совершенно другом пути вокруг нового галактического центра по мере продвижения слияния.

Один из практических эффектов заключается в том, что созвездия, которые мы наблюдаем с Земли, могут меняться по мере изменения звездных орбит или добавления новых звезд в смесь; тем не менее, столкновение происходит до сих и будут происходить в будущем, так что созвездия, которые мы видим сегодня, могут быть изменены в любом случае из-за естественных звезд и смерти звезд вне столкновения. Этот таймлапс Млечного Пути показывает, как ночное небо будет меняться с течением времени.