Получено детальное изображение магнитного поля млечного пути

Место галактики во Вселенной

Следует отметить одну примечательную особенность. Положение Солнца и соответственно, планеты Земля очень удобно. В галактическом диске постоянно происходит процесс уплотнения. Вызван этот механизм несоответствием скорости вращения спиральных ветвей и движения звезд, которые перемещаются в пределах галактического диска по своим законам. Во время уплотнения происходят бурные процессы, сопровождающиеся мощным ультрафиолетовым излучением. Солнце и Земля уютно расположились в коротационной окружности, где подобная бурная деятельность отсутствует: между двумя спиральными ветвями на границе рукавов Млечного Пути – Стрельца и Персея. Этим объясняется и то спокойствие, в котором мы пребываем столь длительное время. Уже более 4,5 млрд. лет нас не затрагивают космические катаклизмы.

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*1030 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.

Исследования учёных

В одно время ведущие учёные пришли к разделению общей массы на количество наблюдаемых галактик и пришли к выводу, что общее их количество составляет 200 млрд. Относительно недавно были проведены перерасчёты, для этого использовались новые технические приспособления и изображения, сделанные телескопом Хаббл. В рамках этого исследования специалисты заглянули в небесную область, которая является пустой, в целях определения количества галактик. И полученная картина взбудоражила их умы.

В процессе ответа на вопрос, сколько галактик во Вселенной, была получена фотография, на базе которой впоследствии произошло создание трёхмерной карты, отображающей размерные показатели и галактическое расположение. С этой целью были применены знания, которые имеются у специалистов о близлежащих галактических системах. Ведь Млечный путь имеет по соседству около 50 аналогичных систем. Получив информацию о том, какие из крупных галактик являются наиболее крупными, астрономы внесли на плоскость более мелкие и тусклые объекты, которые не были заметны на снимке.

Исходя из полученных выводов, можно прийти к тому, что если далёкая Вселенная по составу, структуре и характеру явлений напоминает то, что уже известно, в ее рамках наблюдается повторение галактических систем. Это не свидетельствует о том, что Вселенная имеет большие размеры, чем мы предполагаем. Также это не говорит о факте того, что в ней значительно больше звёзд. Просто она способна вместить много галактик, обладающих меньшим числом светил.

MACS J0025.4-1222, распределения газа и тёмной материи

Как устроена галактика

В нашем Млечном Пути есть несколько рукавов, которые вращаются по спирали. Центр всего диска – черная дыра гигантских размеров.

На ночном небе нам видны галактические рукава. Они выглядят как белые полосы, напоминающие молочную дорогу, которая усыпана звездами. Это и есть ветви Млечного Пути. Лучше всего их видно в ясную погоду в теплое время года, когда космической пыли и газов больше всего.

В нашей галактике выделяют следующие рукава:

1. Ветвь наугольника.
2. Орион. В этом рукаве находится наша Солнечная система. Этот рукав – наша «комната» в «доме».
3. Рукав Киля-Стрельца.
4. Ветвь Персея.
5. Ветка Щита Южного Креста.

Также в составе есть ядро, газовое кольцо, темная материя. Она поставляет порядка 90 % от всей галактики, а остальные десять – это видимые объекты.

Наша Солнечная система, Земля и другие планеты – это единое целое огромной гравитационной системы, которую можно видеть каждую ночь на ясном небе. В нашем «доме» постоянно происходят самые разные процессы: зарождаются звезды, распадаются, нас обстреливают другие галактики, появляется пыль, газы, звезды изменяются и гаснут, вспыхивают другие, водят вокруг хороводы… И все это происходит где-то там, далеко во вселенной, о которой мы знаем так мало. Кто знает, может, придет время, когда люди смогут за считанные минуты добираться до других рукавов и планет нашей галактики, путешествовать по другим вселенным.

Ураган из темной материи

Темная материя есть. Ее надо только достать.

В 2017 году ученые обнаружили, что к нашей планете движется что-то крупное. Дальнейший анализ данных показал, что речь не идет об астероиде. Речь идет о куда более крупном объекте. Точнее целом явлении. Как оказалось, ученые увидели нечто, похожее на ленту из звезд, мчащихся через регион Млечного Пути, в котором находится наша Солнечной система.

Получивший название «S1 stream» поток представляет собой остатки карликовой галактики, разорванной в клочья Млечным Путем. Опасности для нас он не представляет, однако ученые выяснили, что содержит он не только звезды. Физики считают, что в S1 может содержаться большой запас темной материи, которая когда-то скрепляла карликовую галактику.

Несмотря на то, что поток прозвали «ураганом темной материи», его открытие весьма обрадовало ученых. Нынешние технологии пока не позволяют нам увидеть темную материю. Более того, мы не знаем, что она собой представляет. Тем не менее мы знаем, что она существует. Она воздействует на все объекты в космосе и вот это как раз видно очень хорошо. Существует вероятность, что при встрече темной материи урагана и местной темной материи у последней может наблюдаться всплеск. Получение сигнала этого всплеска может стать первым физическим измерением темной материи. В этом случае мы окончательно сможем доказать ее существование.

Слушая Млечный Путь

Может показаться удивительным, но до 1933 года такой науки как радиоастрономия не существовало. Более того, открытие радиоволн, поступающих из галактического центра и вовсе было случайностью. Так, инженер Карл Янский работал над помехами, которые наблюдались во время разработки первой в мире телефонной системы Александра Белла. Проблема заключалась в том, что при попытке позвонить через Атлантический океан вместо друг друга люди слышали по ту сторону провода шипящий звук.

Выясняя причину неполадки Янский пришел к выводу, что шум – это радиоволны, которые исходят из центра галактики, нарушая телефонную связь и создают помехи. С того момента прошло без малого 88 лет, но теперь мы знаем о космосе и Вселенной несравнимо больше.

Радиоастрономия позволила нам заглянуть в места, слишком темные для человеческого глаза, но в радиоволнах эти участки буквально светятся.

Современные телескопы способны улавливать самые разные виды волн – от световых волн и гамма-излучения до радиоволн, которые позволили ученым составить довольно подробную карту наблюдаемой Вселенной. Следует отметить, что радиоволны преимущественно исходят от далеких галактик и очень холодных звезд, позволяя астрономам заглянуть в самые темные участки космического океана.

Квадранты

В звёздной картографии под квадрантом подразумевается обширное пространство космоса в рамках галактики. Границы квадрантов определяются осями, проходящими через центр галактики и пересекающимися перпендикулярно друг относительно друга. Таким образом, галактика Млечный путь состоит из четырёх приблизительно равных квадрантов, которые называются Альфа, Бета, Гамма и Дельта-квадрантами. Звёздный Флот Федерации и его ближайшие соседи Клингонская и Ромуланская империи располагаются в Альфа и Бета-квадрантах. Коллектив боргов находится в Дельта-квадранте. Доминион — в Гамма-квадранте.

Альфа-квадрант

Альфа-квадрант — это собирательное название одной четвёртой галактики Млечный Путь. Его границы определены меридианом, проходящим через галактическое ядро вблизи Солнечной системы и вторым меридианом, перпендикулярным первому. В квадрант входят Рукав Ориона, Рукав Персея и Рукав Стрельца.

Межзвёздная политика в Альфа-квадранте в XXIV веке в основном определялась Звёздном Флоте Федерации совместно с другими силами региона, включавшими Клингонскую и Ромуланскую империи, Кардассианский союз, Тзенкети, Таларианскую республику и Альянс ференгов, которые взаимодействовали между собой в основном мирно. Члены Толианского сообщества , Конфедерации бринов и Зинди держались достаточно обособленно от остальных обитателей Альфа-квадранта.

Стоит отметить, что к этому времени достаточно изучено только 25 процентов Альфа-квадранта, но и они содержат примеры потрясающей красоты и научного чуда, как, например, Звёздное скопление Арголис, Туманность Арахнид и Пустоши.

Одним из самых интересных астрономических объектов является Баджорская червоточина, соединяющая Баджорский сектор в Альфа-квадранте с системой Идран, расположенной в отдалённой части Гамма-квадранта, неподалёку от пространства Доминиона. Использование этой червоточины обитателями Альфа-квадранта для исследований и торговли вызвало усиление враждебности со стороны Доминиона, что вылилось в Доминионскую войну.

Бета-квадрант

Бета-квадрант — это собирательное название одной четвёртой галактики Млечный Путь. Один из квадрантов нашей Галактики, расположенный в направлении созвездия Киля перпендикулярно α Квадранту. В Бета-Квадранте располагаются владения Клингонской звёздной империи, а также Ромуланской звёздной империи, некоторая часть Квадранта принадлежит и Федерации. Федерации плохо известна картография Бета-Квадранта — в основном по причине перекрывания дальнейшего доступа к остальной части Квадранта Клингонской и Ромуланской империями: известно, что в 2566 году клингоны присоединились к Федерации — вероятно, тогда началось более активное освоение Квадранта, потому как барьеров больше не стало. В 2293 году крейсер типа «Эксельсиор» под командованием капитана Салу закончил трёхлетний исследовательский рейс в Бета-Квадранте, который включал каталогизирование газообразных аномалий Квадранта. 70 лет спустя «Олимп» под командованием Лайзы Кузак семь лет исследовал Бета-Квадрант. С большой долей вероятности можно предположить, что большинство миссий NX-01 имели место в Бета-Квадранте и лишь часть — в α Квадранте.

Гамма-квадрант

Гамма-квадрант — это собирательное название одной четвёртой галактики Млечный Путь. Его границы определённы меридианом, проходящим через галактическое ядро вблизи Солнечной системы и вторым меридианом, перпендикулярным первому. Ближайшая к Земле граница Гамма-квадранта расположена примерно в 30 000 световых годах от неё. Стабильная Баджорская червоточина соединяет Баджорский сектор в Альфа-квадранте с системой Идран, расположенной в Гамма-квадранте.

Дельта-квадрант

Дельта-квадрант — это собирательное название одной четвёртой галактики Млечный Путь. Его границы определены меридианом, проходящим через галактическое ядро вблизи Солнечной системы, и вторым меридианом, перпендикулярным первому. Ближайшая точка до Земли расположена примерно в 30 000 световых годах от Земли. В квадрант входит часть Рукава Центавра, а также шаровые звёздные скопления M14 (NGC 6402) и M80 (NGC 6093).

Впервые люди были заселены в Дельта-квадрант расой под названием бриори примерно в 1937 году для использования в качестве рабов. Но рабы восстали, а их потомки основали новую цивилизацию на планете L-класса. Впервые люди самостоятельно посетили этот сектор космоса в звёздную дату 32629.4, когда звездолёту «Рэйвен» удалось проследовать за кораблём боргов через трансварповый канал. Первая миссия Звёздного флота в Дельта-квадранте совпала с инспекцией Барзанской червоточины в 2366 году.

История обнаружения и наименования

Космос манил человека с давних пор. Первые открытия в изучении нашей галактики совершил Платон. Он считал, что звездная россыпь связывает полушария. Аристотель делал предположения, что Млечный путь — это скопление газов, которые светятся в атмосфере Земли. Но предположения греческих мыслителей строились на теории.

Изобретение телескопа позволило приоткрыть завесу тайны Млечного пути. Первым, кто это сделал, был Галилей. Ученый смог не только рассмотреть скопление звезд, но и объяснить загадочное сияние небесного явления, а также нарисовать предположительное строение. Галактика неоднородна, состоит из звезд и черных туманностей, по предположению астрофизиков — это черные дыры.

С древних времен люди знали, что Земля вертится вокруг Солнца. Но вопрос о том, лежит Солнечная система в Млечном пути или наоборот, оставался открытым. Ответ на этот вопрос нашел Уильям Гершель — английский музыкант, интересовавшийся астрономией. Он систематически измерял количество звезд в разных частях неба.

Подсчет привел к выводу, что на небосводе находится круг, где наблюдается наибольшее скопление звезд (галактический экватор). Он разделяет небо на две части, чем ближе к центру круга, тем звезд больше. А в самом центре пролегает Млечный путь. Это открытие привело Гершеля к выводу: звезды, которые люди видят ночью, образуют своеобразную систему. Устроена она в виде спирали.

Черная дыра в центре Млечного Пути

На самом деле почти все (если не вообще все) галактики обладают черными дырами в центре. И мы пока плохо понимаем, как они растут и развиваются — поскольку это происходит с непропорционально высокой скоростью. Хотя Стрелец А* содержит массу более 5 миллионов солнц, это все равно мелкий горошек по сравнению с гигантскими ультрамассивными черными дырами, масса которых может достигать миллиарда солнц! Некоторые из них настолько велики, что ученые не могут даже определить верхний предел величины черных дыр.

Думаете, они растут миллиарды лет? Не совсем. Астрономы пришли к мнению, что черные дыры вырастают буквально «за день» в космическом эквиваленте.

Черная дыра (кадр из к/ф «Интерстеллар»)

Что касается черной дыры Стрелец А*, ученые сильно продвинулись в ее изучении за последние несколько лет. Например, в августе 2019 года в ходе наблюдений стало известно, что объект за несколько часов стал ярче в 75 раз! А в начале этого года заметили, что вокруг центральной черной дыры нашей галактики вращаются несколько необычных объектов — они выглядят как продолговатые сгустки газа в несколько раз массивнее Земли.

На самом деле даже самые именитые астрономы не знают и сотой доли процента того, что таит в себе эта черная дыра. Например, возможно ли выбраться из черной дыры, как это сделал герой Мэттью Макконахи в фильме «Интерстеллар»? В нашем Telegram-чате часто поднимают этот вопрос, и пока никто не смог оспорить, что это действительно возможно. Скорее всего, не так кинематографично, но кто знает, что на самом деле скрывается там, внутри?

Виды и классификация

Галактика не имеет чётких границ, поэтому точно понять, где они заканчиваются, и начинается межгалактическое пространство невозможно. В самой космической системе имеются планеты, туманности, звёзды, звёздные скопления. Но они есть и вокруг систем. Учёные различают следующие формы космических систем:

1. Эллиптическая.
   Эллиптический звёздный остров относятся к первому классу. Его особенностью является отсутствие рукавов, диска, центрального ядра. По большому счёту он является балджем огромного размера, состоящим из галактической сферы неправильной (вытянутой) или идеально круглой, шарообразной формы. Звёздный состав эллиптических систем включает старых красных гигантов или красных, жёлтых карликов. Массивных, активных светил в них нет или они крайне редки. В список галактик эллипсоидной формы входит М87, расположенная на расстоянии в 53,5 млн световых лет от Земли.
2. Линзовидная.
   Является промежуточным звеном между спиральными и эллиптическими звёздными островами. У астрономов существует версия, что линзовидная галактика образовалась из спиральной, у которой слились рукава, а потенциал звездообразования закончился. У неё имеется массивное ядро, распластанные газовый и звёздный диски. Внешне напоминает двояковыпуклую линзу из-за контраста плоских дисков и объёмного, выступающего балджа. Состоит из старых звёзд, чёрных дыр, маленьких зрелых светил остатков сверхновых звёзд, галактической пыли. Одна из подобных космических систем под названием Веретено располагается от Земли на расстоянии в 45 млн световых лет.
3. С перемычкой.
   Система округлой формы, которую посередине пересекает яркая перемычка, состоящая из звёзд и межзвёздного газа. Рукава идут от краёв этой перемычки (бара). Галактика с перемычкой очень схожа со спиральной. Основное их отличие в том, что спирали начинаются от бара, а не от ядра. Примером является NGC 1300, расположенная в 60 млн световых лет от нашей планеты.
4. Спиральная.
   В классическом варианте спиральная галактика – это активно вращающийся звёздный остров в виде эллипса, в котором от балджа отходят рукава в виде закрученных спиралей. У большинства таких космических объектов есть перемычки. В рукавах активно образуются молодые звёзды из-за большого содержания там свободной видимой материи. Список галактик в виде спирали обширен. Такие системы составляют 55% от всего количества звёздных островов во Вселенной.
   Интересным фактом является то, что у них немного рукавов. Спираль закручивается не очень туго, звёзды свободно перемещаются из одной её части в другую. Почему рукава не закручиваются больше ещё не известно. Одной из версий является то, что спираль закручивается под влиянием волн плотности, сжимающие пылевые и газовые облака, попадающие в галактические рукава. В результате активируется образование звёзд, в основном массивных и ярких, жизненный срок которых составляет несколько миллионов лет. При этом они находятся практически всегда в фиксированном положении, что обеспечивает стабильность спиралей.
   Но эта гипотеза так и остаётся предположением без доказательств, потому что длительное изучение развития галактических систем невозможно из-за их сложной структуры. Самая известная галактика, относящаяся к этому типу – Млечный Путь.
5. Неправильная.
   Очень редкая разновидность звёздных островков. Состоит из газа, пыли, звёздных скоплений, но в них отсутствуют основные структурные элементы, такие как балдж, рукава. По структуре и внешнему виду неправильная галактика похожа на рваные облака. Такой формой она часто обязана воздействию гравитационных полей. Но иногда приобретает рваный вид сама по себе.
   Интересными, с точки зрения, астрономии является карликовая неправильная галактика. Она наполнена газом – необходимым элементом для образования новых звёзд. В ней мало металлов и они очень компактные по размеру. Всё это в совокупности создаёт оптимальные условия для зарождения ярких, огромных звёзд, которые очень быстро гаснут. К неправильной системе относится NGC 4449, располагающаяся 12 млн световых лет от Земли.

Бар (перемычка) проходит от внутренних концов спиральных ветвей (голубые) к центру галактики. NGC 1300.

Планета Земля входит в Млечный Путь, это спиральная галактика с перемычкой. Включает более 150 млрд звёзд, световой луч с одной стороны Млечного Пути до другого проходит за сотню тысяч лет. Солнечная система располагается на краю нашей галактики. Расстояние от Солнца до ядра Млечного Пути составляет 30 000 световых лет.

Структура галактики

Млечный путь состоит из центра, или ядра, перемычки рядом с ним, самого диска, рукавов-спиралей и короны. Самой таинственной частью галактики считается ядро.

Центр (ядро)

В центре сконцентрированы старые звёзды галактики, образующие плотный балдж, – на кубопарсек здесь располагается сразу несколько тысяч небесных тел. Насчёт самой центральной области есть несколько предположений. По начальным данным, в центре Млечного пути расположена особо массивная чёрная дыра, условно названная Стрельцом А, так как центр расположен в направлении Созвездия Стрельца.

Позже астрофизики высказывали различные теории о том, что является ядром галактики. В 2016 учёные из Японии обнаружили в центре объект неизвестного происхождения, который располагается на расстоянии 200 световых лет от ядра. Астрофизики предположили, что это вторая, более мелкая чёрная дыра. В 2018 исследователями было высказано предположение, что в области ядра может располагаться до 20 тысяч чёрных дыр, по массе схожих со звёздами.

Области (части)

Структуру Млечного пути можно представить следующими частями:

Перемычка – эта область находится вокруг ядра и включает в себя около 22-х миллионов старых красных звёзд. Её размер составляет, по оценкам учёных, 27 тысяч световых лет. Окружает перемычку кольцо газа с высоким содержанием молекулярного водорода. По одной из теорий, именно это является причиной того, что здесь так активно рождаются созвездия.

Диск – плоское образование из созвездий, туманностей газа, пыли. По скорости вращения превосходит корону. Конкретная скорость зависит от удалённости по отношению к ядру и оценивается в 0-250 км/ч. Чем ближе к центру – тем медленнее происходит движение галактики.

Рукава – по последним данным в пределах Млечного пути находится 5 рукавов, выглядящих как изогнутые полосы со скоплением молодых небесных тел. В пределах рукавов наблюдается повышенная концентрация газа, области активного образования звёзд, рассеянные их скопления. Названия рукавов Лебедя, Персея, Ориона, Стрельца и Центавра соответствуют местоположению относительно определённых созвездий.

Корона – представляет собой гало, или свечение, в виде сферы, которое расположено по краям галактики. Гало выходит за границы Млечного пути на 5-10 световых лет, а вращение небесных тел в его пределах – хаотично и беспорядочно вне зависимости от расположения. Существует теория, что наша галактика поглотила другие мелкие и результатом этого стала корона из их остатков. В состав гало входят шарообразные скопления, нагретый газ, созвездия и старые звёзды с небольшой массой.