Млечный путь — наша галактика — особенности строения, расположение во Вселенной, структура, история и эволюция

Млечный путь – наш космический дом, представляет для астрономии наибольший интерес. Звезды, что мы видим на небе невооруженным глазом – это все наши «звездные» соседи в галактике. Поэтому его изучение несет одну из самых важных ролей в современной астрономии.

История открытия

С введение гелиоцентрической системы мира, стало понятно, что все имеет центр вращения, в том числе и наше Солнце обращается вокруг чего-то. Вокруг чего?

Галилео Галилей

В 1610 году итальянский астроном соорудил телескоп, который позволил сделать ему невообразимое для того времени количество открытий.

В том числе он первый обнаружил, что яркая полоса на небе обусловлена именно большим скоплением звезд в этой области неба.

Уильям Гершель

В 1784-1785 годах Гершель, наблюдая за распределением звезд в Млечном пути, сделал первую попытку определить форму галактики. Также он оценил размеры Млечного пути, и был наполовину прав. Толщину ему удалось измерить максимально близко к значению настоящего времени. А с диаметром так не получилось из-за ограниченности наблюдений с Земли.

Эдвин Хаббл

Большую роль в изучении Млечного пути сделал Хаббл. Он доказал, что за пределами галактики существуют еще звезды и галактики. Также он ввел классификацию галактик по внешнему виду.

Какую форму имеет Млечный путь

Когда оптические характеристики телескопов позволили более детально изучать дальний космос, выяснилось, что галактики в большинстве своем могут быть четырех форм: эллиптической, спиральной, линзовидной и неправильной. Такую классификацию ввел Эдвин Хаббл.

Наша галактика относится к спиралевидным, имеет четко выраженные рукава, которые плотно прилегают друг к другу.
Наблюдая за движением звезд, расстоянием до них и их скоростью, удалось определить, что все они двигаются вокруг общего центра, но при этом находятся каждая в своем рукаве, что дало понятие о форме нашего Млечного пути.
Но, из-за того, что мы находимся внутри галактики, то, как именно выглядит наша галактика, остается загадкой. Компьютерные модели дают лишь примерное представление.

Млечный путь главные особенности

Наверное, самой главной и удивительной особенностью нашей галактики и других галактик в целом является способность поглощать более мелкие галактики и скопления.

Млечный путь имеет несколько галактик-спутников, более мелких, и с течением времени, наша галактика их поглощает.
Прямо сейчас, Млечный путь поглощает небольшую галактику, что находится в созвездии Стрельца.

Основные характеристики и параметры Млечного пути

Характеристики нашего звездного дома удалось изучить максимально точно и полно, ведь мы в нем находимся.

Масса

Для того чтобы выяснить, сколько весит целая галактика, воспользовались простым способом: приняли, что все звезды имеют массу Солнца (кто-то больше, кто-то меньше, но в среднем, как Солнце), а их количество минимум 200 млрд. Получим ​\( 1,989*10^{30}*200*10^9=3,978*10^{41} \)​ кг.

Но столь большая масса составляет лишь 4% от массы всей галактики. Общая масса звездного газа, состоящего из гелия и водорода, превышает массу всех звезд в 3 раза.

А самую внушительную часть массы галактики составляет загадочная темная материя. Итого, суммарная масса всех объектов составляет​\( 6*10^{42} \)​ кг, или как 3 трлн Солнц.

Размер

От края до края Млечный путь имеет протяженность около 100 тыс световых лет. Галактика представляет собой диск, у которого есть и толщина. В толщину Млечный путь имеет размер около 1000 световых лет.

Сколько звезд

Сколько именно звезд в нашей галактике – до сих не установлено. Примерно, на настоящее время их количество колеблется от 200 до 400 миллиардов. Но помимо звезд, в Млечном пути находится достаточное количество коричневых карликов. Это космические объекты, которые, грубо говоря, занимают промежуточное положение между звездой и планетой. По последним оценкам насчитывается около 10 миллиардов коричневых карликов.

Светимость

Светимость Млечного пути можно сравнить, для понятности, со светимостью Солнца. Таким образом, наша галактика обладает 20 млрд светимостей Солнца. Если же рассматривать абсолютные величины, то светимость нашего звёздного дома равна ​\( 8*10^{36} \)​ Вт, а звездная величина — -21.

Класс и общее строение

Наша галактика является типичным представителем спиральных галактик с перемычкой. Половина галактик, что удалось обнаружить и изучить, представляют именно этот класс. Из них две трети являются галактиками с перемычкой. Такие галактики являются относительно молодыми, в последствии, перемычка исчезает из строения галактик.
Млечный путь состоит из таких частей:

• ядро – центр галактики, где находятся горячие и огромные звезды и происходит звездообразование. Выделяет огромное количество энергии по сравнению с остальными частями Млечного пути;
• балдж – оболочка, что окружает ядро. Балжд представляет собой скопление старых звезд, гигантов и раскаленных газовых облаков. Оболочка обращается вокруг центра на относительно низких скоростях. Балдж – самая яркая часть галактики;
• перемычка – что-то вроде моста, к которому крепятся рукава галактики;
• рукава – формирования галактики, в которых находятся большая часть звезд, космических объектов и газовых скоплений;
• диск – область галактики, где находятся рукава, которая содержит большую часть всего галактического вещества;
• гало – область вокруг галактики, где содержится малое количество звездного вещества. Его размер пока не известен;
• шаровые скопления – звезды и группы звезд, что вращаются вокруг ядра и являются спутниками галактики.

Структура и состав млечного пути

Диск

Диаметр диска составляет 100 тыс световых лет – это и есть основная часть галактики, которую мы видим на звездном небе.

В диске сосредоточена основная масса всей галактики. Со стороны диск – это плоскость, в котором расположены спиральные рукава. Масса звездного вещества в диске превышает массу Солнца в ​\( 5*10^{10} \)​ раз.

Диск состоит из двух компонент: толстый и тонкий. Тонкий в 10 раз массивнее толстого и в нем содержится до 80% всей барионной (барионы – семейство элементарных частиц, к которым относятся протон и нейтрон) массы галактики. Диски отличаются разными составляющими, что указывает на разную природу их формирования. До границы тонкого диска расстояние составляет около 52 тыс световых лет.

В окрестностях Солнца толщина тонкого диска составляет 1-1,3 тыс световых лет, толстый диск – около 4 тыс световых лет.

В толстом диске находятся старые звезды, которые по своему составу менее металичны (мателличность – содержание в звезда элементов тяжелее водорода и гелия). В тонком диске звезды более молодые с большей металичностью.

Форма диска немного искривлена, относительно плоскости, что показывает на взаимодействие Млечного пути с другими галактиками.

Спиральные рукава

Как выглядят спиральные рукава на самом деле – трудно сказать, ведь взглянуть на Млечный путь со стороны пока невозможно. Но изучая как именно распределены молекулярные облака и нейтральный водород, а также за движением звездных групп – можно сделать выводы о наличии рукавов и их взаимном расположении.

Выделяют рукава:

• Персея
• Центавра
• Стрельца
• Лебедя
• Ориона

Балдж

Балдж Млечного пути умерено выражен и имеет форму сфероида, размером 7х9 тыс световых лет. Общая масса, включая бар, в ​\( 9*10^9 \)​ превышает массу Солнца.

Относительно балджей других наблюдаемых галактик, наш балдж не похож на классический. Его относят к типу всевдобалджей – такие балджы вращаются и по форме больше напоминают диск.

Бар (перемычка)

Длина перемычки составляет около 27 тыс световых лет, то есть одна перемычка сопоставима с расстоянием от Солнца до ядра Млечного пути. В перемычке расположены Красные звезды, чей возраст значительно превышает возраст Солнца. Так же в перемычке много молекулярного водорода, из которого рождаются новые звезды.

Бар расположен под углом в 20 градусов к прямой, соединяющей Солнце и центр галактики.

Гало

Имеет форму близкую к сферической. Радиус гало составляет примерно 260 тыс световых лет. Но в нем содержится лишь малая часть массы галактики – всего лишь ​\( 10^9 \)​ масс Солнца. Но при всем при этом, в гало находится много темной материи.

Однако, в гало также присутствуют звездные потоки – результат поглощения Млечным путем других галактик.

Поток Стрельца – звездная структура, обращающаяся вокруг центра Млечного пути по орбите перпендикулярной к диску. Это звезды, которые Млечный путь притянул к себе из карликовой галактики Стрельца и которую в данный момент поглощает.

Кольцо Единорога – тонкая нить звезд, что оборачивает Млечный путь три раза. Является результатом поглощения Млечным путем галактики в Большом псе. Масса этого звездного потока составляет около 100 млн масс Солнца.

Центр

На звездном небе ядро Млечного пути находится в созвездии Стрельца. Вокруг ядра находится балдж.

В центре Млечного пути, как и в центре многих галактик, находится черная дыра, чья масса ​\( 4,3*10^6 \)​ раз больше, чем Солнце и она является радиоисточником Стрелец А*. Но вокруг центрально черной дыры обращаются еще черные дыры поменьше. Их насчитывают несколько тысяч, период их обращения составляет сотни лет.

Так же вокруг центра удалось изучить и другие звезды. Период обращения одной вокруг ядра составляет 15 лет, другая имеет скорость 9000 км/с и приближается к ядру на расстояние в 60 астрономических единиц (1 астрономическая единица – расстояние от Солнца до Земли).

В центральной части галактики находится два звездных скопления: старое, массой ​\( 10^6 \)​ массы Солнца, и молодое, массой ​\( 1,5*10^4 \)​ массы Солнца. Вблизи центра, в области размером 6х9 световых лет, практически нет газа – скорей всего он унесен звездным ветром.

На расстоянии около 300 световых лет находится область, именуемая ядром галактики. В ней происходит активное звёздообразование.

Расположение Солнечной системы в галактике

Наша звезда совершает свое путешествие вокруг центра галактики в рукаве Ориона, по орбите радиусом 27,7 тыс световых лет. Полный оборот Солнце делает за 220-250 млн лет. Скорость движения примерно равна 220-250 км/с. Расстояние до близлежащих рукавов составляет 3 тыс св. лет.

Над основной плоскостью диска галактики Солнечная система приподнята на 32 световых года. Помимо простого движения, наше Солнце как бы «скачет» как дельфин, то поднимаясь над плоскостью Галактики, то ныряя обратно. Тем самым каждые 33 миллиона лет Солнце пересекает галактический экватор.

Место Млечного пути во Вселенной

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

Местная группа является частью Местного сверхскопления галактик или Сверхскопления Девы.

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

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

Спутники Млечного пути

У нашей галактики тоже есть спутники — две небольших галактики — Магеллановы облака.

Две эти галактики хорошо видны на звездном небе в Южном полушарии. Фернан Магеллан использовал их вместо Полярной звезды, когда совершал кругосветное путешествие. В память о мореходе им дали имя Магеллановы.

Магеллановы облака состоят из двух галактик: большое и малое Магелланово облако. Большое расположено на расстоянии 163 тысячи световых лет, а малое — на 260 тысячах световых лет.

Изначально, их считали неправильными галактиками. Но потом открыли, что обе эти галактики обладают спиральными структурами и содержат перемычку.

Галактики расположены относительно близко друг к другу и находятся в общей водородной оболочке.

Большое Магелланово облако расположено перпендикулярно к линии, соединяющей его и Землю. Такое расположение дало отличный обзор для изучения.

Эти галактики содержат звезды возрастом ​\( 10^7-10^8 \)​ лет. А Млечный путь содержит звезды старше ​\( 10^9 \)​ лет.

Существует Магелланов мост — это поток нейтрального водорода, что соединяет оба облака. Внутри этого потока были найдены звезды. Но также существует и Магелланов поток — полоса межзвёздных облаков, что соединяют оба облака с Южным полюсом Млечного пути.

Считается, что изначально часть звезд из Большого облака находились в галактике малого облака. Но были перехвачены гравитационными силами. По такой же модели, Млечный путь может поглотить оба Магеллановых облака.

Почему мы не видим яркого ядра галактики

Если взглянуть на фотографии Млечного пути с Земли, то на них видны темные области вблизи ядра — это облака космической пыли невероятных размеров. Они являются результатом «работы» звезд, что сжигают материал и выбрасывают энергию. Под действием гравитации пыль собирается в огромные облака, которые находятся в плоскости диска Галактики и не «улетучиваются» оттуда.

И мы, так как находимся на периферии, и видим эти самые облака пыли, которые закрывают нам яркий центр Млечного пути. Но даже не смотря на пыль, что закрывает нам красивейшее зрелище ядра Галактики в видимом диапазоне, ученым удалось его увидеть в инфракрасном.

Столкновение Млечного пути и Андромеды

Галактика Андромеды, которая в два раз больше, чем Млечный путь, но по массе приблизительно равна, находится на расстоянии 2,6 млн световых лет.  Расчетное время столкновения наступит через 4,5 млрд лет.

Столкновение этих двух галактик уже началось, но пока оно не так заметно. Скорость сближение равна 120 км/с.
Из-за относительно малой плотности звездного вещества и звезд в галактиках, их столкновение пройдет «безопасно» для всех их составляющих. Ближайшая к нам звезда находится на расстоянии в 4,22 световых года, как если бы Солнце уменьшить до размера монеты, то это расстояние станет 718 километров. Физическое столкновение звезд, а уж тем более планет, практически невозможно.

Конкретно для Солнечной системы слияние двух галактик может быть даже незаметным. Для Земли – изменится только вид звездного неба.

Формирование Млечного пути и его эволюция

После Большого взрыва, который произошел 13,7 млрд лет назад, образовавшиеся темная материя начала собирать в себя газ и межзвездное вещество, из которого начались формироваться протогалактики – облака межзвездного газа, из которых, под действием гравитации, образуются галактики. 13 млрд лет назад в скоплении, что потом станет Млечный путем, начали образовываться звезды. Различные составляющие нашей галактики (балдж, гало, тонкий и толстые диски) образовались в разное время и различными способами.

Спустя 4 млрд лет после Большого взрыва сформировался балдж, и в течение 0,5 млрд лет в нем очень активно шло звездообразование. Параллельно этому, за 1-2 млрд лет формировалось гало.

Сам диск галактики сформировался по прошествии 4-5 млрд лет после Большого взрыва. И на этом этапе звездообразование началось уже в диске. В балдже скорость рождения новых звезд снизилась.

Формирование диска происходило от центра к периферии. Ближе к центру звездообразование длилось около 2 млрд лет, на окраинах 10 и более млрд лет. Сначала был сформировал толстый диск и звездообразование шло в нем. Но 8 млрд лет назад рождение новых звезд прекратилось на миллиард лет, а потом возобновилось снова, но уже в тонком диске, и продолжается до сих пор с тем же темпом.

В течение своей жизни наша галактика не сталкивалась с другими галактиками, схожими по размерам. Она лишь поглощала небольшие галактики, чья масса не превосходила 10% от массы Млечного пути.

Самая древняя звезда нашей галактики лишь на 100 млн лет моложе Вселенной. Это делает Млечный путь достаточно «старой» галактикой.

Если судить по темпам звездообразования, то Млечный путь прожил только половину своей жизни: межзвездный газ для формирования новых звезд уже заканчивается, но при этом сами звезды относительно молоды и смогут просуществовать еще около 5 млрд лет.

Последующий этап жизни Млечного пути – это столкновение с Андромедой, и дальнейшее его существование в слиянии с ней.

Еще больше космоса и интересных фактов в телеграмм-канале.