Do pewnego stopnia wiemy więcej o odległych układach gwiezdnych niż o naszej własnej galaktyce, Drodze Mlecznej. Jej struktura jest trudniejsza do zbadania niż struktura jakiejkolwiek innej galaktyki, ponieważ trzeba ją zbadać od wewnątrz, a wiele z nich nie jest tak łatwo dostrzegalnych. Międzygwiazdowe obłoki pyłu pochłaniają światło z niezliczonych odległych gwiazd.
Dopiero wraz z rozwojem radioastronomii i pojawieniem się teleskopów na podczerwień naukowcy byli w stanie zrozumieć, jak działa nasza Galaktyka. Ale do dziś wiele szczegółów pozostaje niejasnych. Nawet liczba gwiazd w Drodze Mlecznej jest z grubsza szacowana. Najnowsze przewodniki elektroniczne podają liczby od 100 do 300 miliardów gwiazd.
Nie tak dawno wierzono, że nasza Galaktyka ma 4 duże ramiona. Jednak w 2008 roku astronomowie z University of Wisconsin opublikowali wyniki przetwarzania około 800 000 zdjęć w podczerwieni wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Spitzera. Ich analiza wykazała, że Droga Mleczna ma tylko dwa ramiona. Jeśli chodzi o pozostałe rękawy, są to tylko wąskie gałęzie boczne. Zatem Droga Mleczna to galaktyka spiralna z dwoma ramionami. Należy zauważyć, że większość znanych nam galaktyk spiralnych ma również tylko dwa ramiona.
„Dzięki teleskopowi Spitzera mamy możliwość ponownego przemyślenia struktury Drogi Mlecznej” - powiedział astronom Robert Benjamin z Uniwersytetu Wisconsin, przemawiając na konferencji American Astronomical Society. „Udoskonalamy nasze rozumienie Galaktyki w taki sam sposób, jak przed wiekami, kiedy odkrywcy podróżowali po całym świecie, dopracowali i ponownie przemyśleli wcześniejsze pomysły na temat wyglądu Ziemi”.
Od początku lat 90-tych XX wieku obserwacje prowadzone w podczerwieni coraz bardziej zmieniają naszą wiedzę o budowie Drogi Mlecznej, ponieważ teleskopy na podczerwień pozwalają patrzeć przez chmury gazu i pyłu oraz widzieć to, co jest niedostępne dla konwencjonalnych teleskopów.
2004 - Wiek naszej Galaktyki oszacowano na 13,6 miliarda lat. Powstał wkrótce po Wielkim Wybuchu. Na początku był to rozproszony pęcherzyk gazu zawierający głównie wodór i hel. Z biegiem czasu przekształciła się w ogromną galaktykę spiralną, w której teraz żyjemy.
ogólna charakterystyka
Film promocyjny:
Ale jak przebiegała ewolucja naszej Galaktyki? Jak powstał - powoli, czy wręcz przeciwnie, bardzo szybko? Jak była nasycona ciężkimi elementami? Jak kształt Drogi Mlecznej i jej skład chemiczny zmieniały się na przestrzeni miliardów lat? Naukowcy nie udzielili jeszcze szczegółowych odpowiedzi na te pytania.
Nasza Galaktyka ma około 100 000 lat świetlnych, a średnia grubość dysku galaktycznego wynosi około 3000 lat świetlnych (grubość jego wypukłej części - wybrzuszenia - sięga 16 000 lat świetlnych). Jednak w 2008 roku australijski astronom Brian Gensler, po przeanalizowaniu wyników obserwacji pulsarów, zasugerował, że dysk galaktyczny jest prawdopodobnie dwukrotnie grubszy, niż się powszechnie uważa.
Czy nasza Galaktyka jest duża czy mała według kosmicznych standardów? Dla porównania Mgławica Andromeda, najbliższa nam duża galaktyka, ma średnicę około 150 000 lat świetlnych.
Pod koniec 2008 roku naukowcy ustalili przy użyciu metod radioastronomicznych, że Droga Mleczna obraca się szybciej niż wcześniej sądzono. Sądząc po tym wskaźniku, jego masa jest około półtora raza większa niż powszechnie sądzono. Według różnych szacunków waha się od 1,0 do 1,9 biliona mas Słońca. Ponownie, dla porównania: masę mgławicy Andromedy szacuje się na co najmniej 1,2 biliona mas Słońca.
Struktura galaktyk
Tak więc Droga Mleczna nie jest gorsza od mgławicy Andromedy. „Nie powinniśmy już dłużej traktować naszej galaktyki jako młodszej siostry mgławicy Andromedy” - powiedział astronom Mark Reid z Smithsonian Center for Astrophysics na Uniwersytecie Harvarda. Jednocześnie, ponieważ masa naszej Galaktyki jest większa niż oczekiwano, jej siła grawitacyjna jest również większa, co oznacza, że prawdopodobieństwo jej zderzenia z innymi galaktykami w naszym sąsiedztwie rośnie.
Czarna dziura
Nasza Galaktyka jest otoczona kulistym halo o średnicy 165 000 lat świetlnych. Astronomowie czasami nazywają halo „atmosferą galaktyczną”. Zawiera około 150 gromad kulistych, a także niewielką liczbę starożytnych gwiazd. Reszta przestrzeni halo jest wypełniona rozrzedzonym gazem, a także ciemną materią. Masę tego ostatniego szacuje się na około bilion mas Słońca.
Ramiona spiralne Drogi Mlecznej zawierają ogromne ilości wodoru. Tutaj nadal rodzą się gwiazdy. Z czasem młode gwiazdy opuszczają ramiona galaktyk i „migrują” do dysku galaktycznego. Jednak najbardziej masywne i najjaśniejsze gwiazdy nie żyją wystarczająco długo, dlatego nie mają czasu na oddalenie się od miejsca urodzenia. To nie przypadek, że ramiona naszej Galaktyki świecą tak jasno. Większość Drogi Mlecznej składa się z małych, niezbyt masywnych gwiazd.
Centralna część Drogi Mlecznej znajduje się w konstelacji Strzelca. Obszar ten otoczony jest ciemnymi chmurami gazu i pyłu, poza którymi nic nie widać. Dopiero od lat pięćdziesiątych XX wieku, korzystając ze środków radioastronomii, naukowcy mogli stopniowo dostrzegać, co się tam znajduje. W tej części Galaktyki odkryto potężne źródło radiowe, zwane Strzelcem A. Obserwacje wykazały, że skupiona jest tu masa, kilkanaście milionów razy większa od masy Słońca. Najbardziej akceptowalne wytłumaczenie tego faktu jest możliwe tylko: w centrum naszej Galaktyki znajduje się czarna dziura.
Teraz z jakiegoś powodu zrobiła sobie przerwę i nie wykazuje zbytniej aktywności. Dopływ materii jest tutaj bardzo rzadki. Może z czasem czarna dziura będzie miała apetyt. Następnie ponownie zacznie pochłaniać zasłonę gazu i pyłu, która ją otacza, a Droga Mleczna dołączy do listy aktywnych galaktyk. Możliwe, że wcześniej w centrum Galaktyki gwiazdy zaczną się energicznie pojawiać. Takie procesy będą prawdopodobnie powtarzane regularnie.
2010 - Amerykańscy astronomowie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Fermiego, przeznaczonego do obserwacji źródeł promieniowania gamma, odkryli w naszej Galaktyce dwie tajemnicze struktury - dwa ogromne bąbelki emitujące promieniowanie gamma. Każdy z nich ma średnicę 25 000 lat świetlnych. Rozpraszają się ze środka Galaktyki w kierunku północnym i południowym. Być może mówimy o strumieniach cząstek, które kiedyś były emitowane przez czarną dziurę w środku Galaktyki. Inni badacze uważają, że mówimy o obłokach gazu, które eksplodowały, gdy rodziły się gwiazdy.
Wokół Drogi Mlecznej znajduje się kilka galaktyk karłowatych. Najbardziej znanymi z nich są Duże i Małe Obłoki Magellana, które są połączone z Drogą Mleczną rodzajem mostu wodorowego, ogromnej chmury gazu, która rozciąga się za tymi galaktykami. Nazwano go „Strumieniem Magellana”. Rozciąga się na około 300 000 lat świetlnych. Nasza Galaktyka nieustannie pochłania najbliższe galaktyki karłowate, w szczególności galaktykę Strzelca, która znajduje się 50 000 lat świetlnych od centrum galaktyki.
Pozostaje dodać, że Droga Mleczna i mgławica Andromeda zbliżają się do siebie. Przypuszczalnie za 3 miliardy lat obie galaktyki połączą się, tworząc większą galaktykę eliptyczną, która została już nazwana „Mlecznym Miodem”.
Pochodzenie Drogi Mlecznej
Przez długi czas uważano, że Droga Mleczna tworzy się stopniowo. 1962 - Olin Eggen, Donald Linden-Bell i Allan Sandage zaproponowali hipotezę, która stała się znana jako model ELS (nazwany od pierwszych liter ich nazwisk). Według niej jednorodny obłok gazu powoli obracał się w miejscu Drogi Mlecznej. Przypominał kulę i miał około 300 000 lat świetlnych średnicy i składał się głównie z wodoru i helu. Pod wpływem grawitacji protogalaktyka skurczyła się i stała się płaska; w tym samym czasie jego obrót wyraźnie przyspieszył.
Mgławica Andromedy
Model ten odpowiadał naukowcom przez prawie dwie dekady. Jednak nowe obserwacje pokazały, że Droga Mleczna nie mogła powstać tak, jak dyktowali teoretycy.
Zgodnie z tym modelem najpierw tworzy się halo, a następnie dysk galaktyczny. Ale dysk zawiera również bardzo starożytne gwiazdy, na przykład czerwony olbrzym Arcturus, którego wiek przekracza 10 miliardów lat, lub liczne białe karły w tym samym wieku.
Gromady kuliste zostały znalezione zarówno w dysku galaktycznym, jak i halo, które są młodsze niż sugeruje model ELS. Oczywiście są one pochłaniane przez naszą późniejszą Galaktykę.
Wiele gwiazd w halo obraca się w innym kierunku niż Droga Mleczna. Być może oni również byli kiedyś poza Galaktyką, ale potem zostali wciągnięci w ten „gwiezdny wir” - jak przypadkowy pływak w wirze.
1978 Leonard Searle i Robert Zinn zaproponowali własny model formowania Drogi Mlecznej. Została wyznaczona jako „model SZ”. Teraz historia Galaktyki stała się znacznie bardziej skomplikowana. Nie tak dawno w umysłach astronomów jej młodość była opisywana po prostu jako, zdaniem fizyków, prostoliniowy ruch translacyjny. Mechanika tego, co się działo, była wyraźnie widoczna: była jednorodna chmura; składał się tylko z równomiernie rozprowadzonego gazu. Nic, przez swoją obecność, nie komplikowało obliczeń teoretyków.
Teraz zamiast jednej ogromnej chmury w wizjach naukowców pojawiło się jednocześnie kilka małych, fantazyjnie rozproszonych chmur. Wśród nich były gwiazdy; jednak znajdowały się one tylko w aureoli. Wszystko wewnątrz aureoli kipiało: zderzyły się chmury; masy gazów zmieszano i zagęszczono. Z biegiem czasu z tej mieszaniny powstał galaktyczny dysk. Zaczęły się w nim pojawiać nowe gwiazdy. Ale ten model został później skrytykowany.
Nie można było zrozumieć, co łączyło halo i dysk galaktyczny. Ten gęstniejący dysk i rzadka gwiezdna otoczka wokół niego miały niewiele wspólnego. Już po stworzeniu modelu przez Searle i Zinn okazało się, że halo obraca się zbyt wolno, by utworzyć dysk galaktyczny. Sądząc po rozmieszczeniu pierwiastków chemicznych, te ostatnie powstały z gazu protogalaktycznego. Ostatecznie moment pędu dysku okazał się 10 razy większy niż halo.
Sekret polega na tym, że oba modele zawierają ziarno prawdy. Problem w tym, że są one zbyt proste i jednostronne. Oba wydają się być teraz fragmentami tej samej receptury, według której powstała Droga Mleczna. Eggen i jego koledzy przeczytali kilka linijek z tego przepisu, Searle i Zinn kilka innych. Dlatego próbując wyobrazić sobie historię naszej Galaktyki, od czasu do czasu zauważamy znajome wiersze, które już kiedyś przeczytano.
Droga Mleczna. Model komputera
Więc wszystko zaczęło się wkrótce po Wielkim Wybuchu. „Obecnie powszechnie przyjmuje się, że wahania gęstości ciemnej materii dały początek pierwszym strukturom - tak zwanym ciemnym aureolom. Dzięki sile grawitacji struktury te nie rozpadły się”- zauważa niemiecki astronom Andreas Burkert, autor nowego modelu narodzin Galaktyki.
Ciemne aureole stały się embrionami - jądrami - przyszłych galaktyk. Gaz gromadził się wokół nich pod wpływem grawitacji. Nastąpiło jednorodne załamanie, jak to opisuje model ELS. Już 500-1000 milionów lat po Wielkim Wybuchu gromady gazu otaczające ciemne aureole stały się „inkubatorami” gwiazd. Pojawiły się tutaj małe protogalaktyki. W gęstych obłokach gazu powstały pierwsze gromady kuliste, ponieważ gwiazdy rodziły się tutaj setki razy częściej niż gdziekolwiek indziej. Protogalaktyki zderzały się i łączyły ze sobą - tak powstały duże galaktyki, w tym nasza Droga Mleczna. Dziś otacza go ciemna materia i halo pojedynczych gwiazd i ich gromad kulistych, te ruiny wszechświata, którego wiek przekracza 12 miliardów lat.
W protogalaktykach było wiele bardzo masywnych gwiazd. W mniej niż kilkadziesiąt milionów lat większość z nich eksplodowała. Te eksplozje wzbogaciły chmury gazu w ciężkie pierwiastki chemiczne. Dlatego w dysku galaktycznym nie narodziły się takie gwiazdy jak w halo - zawierały one setki razy więcej metali. Ponadto eksplozje te generowały potężne galaktyczne wiry, które podgrzewały gaz i usuwały go z protogalaktyk. Nastąpiło oddzielenie mas gazowych i ciemnej materii. To był najważniejszy etap formowania się galaktyk, nieuwzględniony wcześniej w żadnym modelu.
W tym samym czasie ciemne aureole coraz bardziej się ze sobą zderzały. Ponadto protogalaktyki rozciągały się lub rozpadały. Te katastrofy przypominają łańcuchy gwiazd, które zachowały się w halo Drogi Mlecznej od czasów „młodości”. Badając ich lokalizację, można ocenić wydarzenia, które miały miejsce w tamtej epoce. Stopniowo z tych gwiazd uformowała się ogromna kula - halo, które widzimy. Gdy ostygła, przedostały się do niej chmury gazu. Ich pęd został zachowany, ponieważ nie zapadły się w jeden punkt, ale utworzyły wirujący dysk. Wszystko to wydarzyło się ponad 12 miliardów lat temu. Gaz został teraz sprężony, jak opisano w modelu ELS.
W tym czasie tworzy się również „wybrzuszenie” Drogi Mlecznej - jej środkowa część przypomina elipsoidę. Bulge składa się z bardzo starych gwiazd. Prawdopodobnie powstała w wyniku połączenia największych protogalaktyk, które najdłużej utrzymywały chmury gazu. Wśród nich były gwiazdy neutronowe i maleńkie czarne dziury - pozostałości po wybuchających supernowych. Połączyły się ze sobą, jednocześnie pochłaniając strumienie gazu. Być może w ten sposób powstała ogromna czarna dziura, która obecnie znajduje się w centrum naszej Galaktyki.
Historia Drogi Mlecznej jest znacznie bardziej chaotyczna niż wcześniej sądzono. Nasza domowa Galaktyka, imponująca nawet jak na kosmiczne standardy, powstała po serii uderzeń i fuzji - po serii kosmicznych katastrof. Ślady tych dawnych wydarzeń można odnaleźć do dziś.
Na przykład nie wszystkie gwiazdy Drogi Mlecznej krążą wokół centrum galaktyki. Prawdopodobnie przez miliardy lat swojego istnienia nasza Galaktyka „pochłonęła” wielu towarzyszy podróży. Co dziesiąta gwiazda w galaktycznym halo ma mniej niż 10 miliardów lat. Do tego czasu Droga Mleczna już się uformowała. Być może są to pozostałości po zdobytych niegdyś galaktykach karłowatych. Grupa brytyjskich naukowców z Astronomical Institute (Cambridge), kierowana przez Gerarda Gilmoura, obliczyła, że Droga Mleczna najwyraźniej może absorbować od 40 do 60 galaktyk karłowatych typu Karin.
Ponadto Droga Mleczna przyciąga ogromne masy gazu. Tak więc w 1958 roku holenderscy astronomowie zauważyli wiele małych plamek w halo. W rzeczywistości okazały się chmurami gazowymi, które składały się głównie z atomów wodoru i pędziły w kierunku dysku galaktycznego.
Nasza Galaktyka nie osłabi w przyszłości apetytu. Być może pochłonie najbliższe nam galaktyki karłowate - Fornax, Karina i prawdopodobnie Sekstans, a następnie połączy się z mgławicą Andromedy. Wokół Drogi Mlecznej - ten nienasycony „gwiezdny kanibal” - zostanie nawet opuszczony.
A. Volkov