Тема 5.1. Наша Галактика

1.Складові, розмір і спіральна структура Галактики. Склад, маса, чисельність зір. Типи населення Галактики, зоряні скупчення. Звязок із Землею.

  Чума́цький Шлях — власна назва галактики, у якій розташована наша Сонячна система, а також усі зорі, які ми бачимо неозброєним оком.

Чумацький Шлях є спіральною галактикою типу SBbc за класифікацією Габбла, що разом із галактикою Андромеди, Галактикою Трикутника та низкою інших галактик утворюють місцеву галактичну групу. У свою чергу, місцева група входить до Надскупчення Діви.

 Розміри

  Покадрове відео Чумацького Шляху над Японією

Основний диск Чумацького Шляху має близько 100 000 — 120 000 світлових років у діаметрі та близько 250 000 — 300 000 у периметрі. Поза межами ядра галактики товщина Чумацького Шляху становить приблизно 1 000 світлових років. У Чумацькому Шляху налічується понад 300 млрд зір.

Якщо зменшити діаметр Чумацького Шляху до 130 кілометрів, то Сонячна система займала б лише 2 міліметри. Гало Чумацького шляху простягається набагато далі розмірів Галактики, але обмежується орбітами двох галактик-супутників: Великої та МалоїМагелланових Хмар, відстань до яких у перигалактіконі становить близько 180 000 світлових років. Абсолютна зоряна величина нашої галактики становить −21,3m.

Вік

  Центр Чумацького Шляху на знімку телескопа Спітцера (SIRTF або SST, NASA). Кольори змінено.

  Дуже важко визначити вік, коли сформувався Чумацький Шлях, але наразі вік найдавніших зір у галактиці оцінюється у 13,6 мільярдів років, що приблизно дорівнює віку Всесвіту. За сучасними уявленнями, Чумацький Шлях утворився внаслідок зіткнення і злиття невеликих галактик. Свідченнями цього є перші зорі з дуже низькою металічністю, що утворилися на найранішому етапі існування Всесвіту. Такі зорі вчені знаходять у галактичному гало — «околиці» Чумацького шляху, що тягнеться за межі його видимої частини. У лютому 2010 року астрономи Європейської південної обсерваторії (Чилі) виявили такі ж зорі в карликових галактиках у сузір'ях Печі, Скульптора, Секстанта і Кіля.

Структура

  Маса Чумацького Шляху становить близько 5,8×1011 M☉ в ньому налічується від 200 до 400 мільярдів зірок (якщо вважати, що зорі малої маси домінують). Тільки 0,0001 % всіх зірок Галактики перелічено і занесено до каталогів. Кількість чорних дір масою більше тридцяти мас нашого Сонця дорівнює декільком мільйонам  [неавторитетне джерело]

  Диск

  

  Лише у 1980-их роках астрономи висловили припущення, що Чумацький Шлях є спіральною галактикою з баром, а не звичайною спіральною галактикою. Це припущення було підтверджене 2005 року космічним телескопом імені Лаймана Спітцера, який показав, що центральна перемичка нашої галактики є більшою, ніж вважалося раніше.

За оцінками вчених, галактичний диск, що видається в різні боки у районі галактичного центру, має діаметр близько 100 000 світлових років. У порівнянні з гало диск обертається помітно швидше. Швидкість його обертання не однакова на різних відстанях від центру. Вона стрімко зростає від нуля в центрі до 200—240 км/с на відстані 2 тис. світлових років від нього, потім дещо зменшується, знову зростає приблизно до того ж значення й далі залишається майже постійною. Вивчення особливостей обертання диску дозволило оцінити його масу, виявилось, що вона в 150 млрд разів більша M☉.

   Поблизу площини диска концентруються молоді зорі й зоряні скупчення, вік яких не перевищує декількох мільярдів років. Вони утворюють так звану плоску складову. Серед них дуже багато яскравих і гарячих зір. Газ у диску Галактики також зосереджений в основному поблизу його площини. Він розподілений нерівномірно, утворюючи численні газові хмари — від велетенських неоднорідних за структурою хмар, протяжністю понад декілька тисяч світлових років до невеликих хмарин розмірами не більше парсека.

  Галактика та її околиці. Гало.

 Галактичний диск оточено сфероїдним гало, що складається зі старих зір та кулястих скупчень, 90 % яких перебуває на відстані менше 100 000 світлових років від центру галактики. Це дозволяє припустити, що діаметр зоряного гало становить 200 000 світлових років. Однак, останнім часом було знайдено декілька кулястих скупчень, таких як PAL 4 та AM 1, що перебувають на відстані більше ніж 200 000 світлових років від центру галактики. Центр симетрії гало Чумацького Шляху збігається з центром галактичного диска. Складається гало в основному з дуже старих, неяскравих маломасивних зірок. Вони зустрічаються як поодинці, так і у вигляді кулястих скупчень, які можуть містити до мільйона зірок. Вік населення сферичної складової Галактики перевищує 12 млрд років, його зазвичай вважають віком самої Галактики.

У той час як галактичний диск містить газ та пил, що ускладнює проходження видимого світла, сфероїдна компонента таких складових не містить. Активне зореутворення відбувається у диску (особливо у спіральних рукавах, що є зонами підвищеної щільності). У гало зореутворення вже скінчилося. Розсіяні скупчення також трапляються переважно у диску. Вважається, що основну масу нашої галактики складає темна матерія, що формує гало темної матерії масою приблизно 600 — 3000 мільярдів M☉. Гало темної матерії сконцентроване у напрямку центру галактики.

Зірки сферичної складової концентруються до центру Галактики. Центральна, найщільніша частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджем (від англ. bulge — потовщення).

Зірки і зоряні скупчення гало рухаються навколо центру Галактики дуже витягнутими орбітами. Через те, що обертання окремих зірок відбувається дещо безладно (тобто швидкості сусідніх зірок можуть мати будь-які напрями), гало в цілому обертається дуже поволі.

  Ядро

  Центр галактики Чумацький Шлях у інфрачервоних променях (візуально Центр галактики розташований у сузір'ї Стрільця)

  Центр галактики містить компактний об'єкт із дуже великою масою (близько 4,3 мільйона M☉), розташований у напрямі сузір'яСтрільця. Цей об'єкт має назву Стрілець A* (англ. Sagittarius A*), більшість вчених вважають його надмасивною чорною дірою. Існує припущення, що більшість галактик мають надмасивні чорні діри у своєму ядрі. Навколо масивної чорної діри обертається чорна діра меншого розміру з масою від 1000 до 10 000 M☉ і періодом обертання близько 100 років та декілька тисяч порівняно невеликих.

Для центральних ділянок Галактики характерна сильна концентрація зірок: у кожному кубічному парсеку поблизу центру їх міститься багато тисяч. Відстані між зірками в десятки і сотні разів менші, ніж в околицях Сонця. Як і в більшості інших галактик, розподіл маси у Чумацькому Шляху є таким, що орбітальна швидкість більшості зірокцієї Галактики не залежить значною мірою від їх відстані від центру. Далі від центральної перемички та зовнішнього кола, звичайна швидкість обертання зір становить 210 — 240 км/год. Таким чином, орбітальний період звичайної зірки прямо пропорційний лише довжині шляху, який вона долає. Це твердження не справджується стосовно сонячної системи, де різні орбіти мають суттєво різні швидкості обертання, що підтверджує існування темної матерії.

Вважається, що довжина галактичної перемички становить близько 27 000 світлових років. Ця перемичка проходить крізь центр галактики під кутом 44 ± 10 градусів до лінії між нашим Сонцем та центром галактики. Вона складається переважно із червоних зірок, які вважають дуже старими. Перемичку оточено кільцем, що має назву «Кільце у п'ять кілопарсеків». Це кільце містить більшу частину молекулярного гідрогену Галактики і є найактивнішим регіоном зореутворення у нашій Галактиці. Якщо вести спостереження із галактики Андромеди, то галактична перемичка Чумацького Шляху була б найяскравішою його частиною.

 

  Згідно з останніми науковими оцінками, відстань від Сонця до галактичного центру, становить 26 000 ± 1 400 світлових року, у той час як згідно з попередніми оцінками наша зоря мала перебувати на відстані близько 35 000 світових років від бару]. Це означає, що Сонце розташоване ближче до краю диску, ніж до його центру. Разом з іншими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики зі швидкістю 220—240 км/с, роблячи один оберт приблизно за 200 млн років. Таким чином, за весь час існування Земля облетіла навколо центра Галактики не більше 30 разів.

  В околицях Сонця вдається відстежити ділянки двох спіральних рукавів, які віддалені від нас приблизно на 3 тис. світлових років. За сузір'ями, де спостерігаються ці ділянки, їм дали назву рукав Стрільця та рукав Персея. Сонце розташовано майже посередині між цими спіральними гілками. Але порівняно близько від нас (за галактичними мірками), у сузір'ї Оріона, проходить ще один, не дуже чітко виражений рукав — рукав Оріона, який вважається відгалуженням одного з основних спіральних рукавів Галактики.

Швидкість обертання Сонця навколо центру Галактики майже збігається зі швидкістю хвилі ущільнення, що утворює спіральний рукав. Така ситуація загалом є нетиповою для Галактики у цілому: спіральні рукави обертаються з постійною кутовою швидкістю, як шпиці в колесах, а рух зірок відбувається за іншою закономірністю[26], тому майже все зоряне населення диску то потрапляє всередину спіральних рукавів, то випадає з них. Єдине місце, де швидкості зірок та спіральних рукавів збігаються — це так зване коротаційне коло, і саме на ньому розташоване Сонце.

  Для Землі ця обставина надзвичайно важлива, оскільки у спіральних рукавах відбуваються бурхливі процеси, що утворюють потужне випромінювання, згубне для всього живого. І ніяка атмосфера не змогла б від нього захистити[Джерело?]. Але наша планета існує у порівняно спокійному місці Галактики та протягом сотень мільйонів (або й мільярдів) років не піддавалась впливу цих космічних катаклізмів. Можливо саме тому на Землі змогло народитися та зберегтися життя.