Млечный Путь (или Галактика, с заглавной буквы) — это галактика, содержащая Землю, Солнечную систему и все отдельные звезды, видимые невооруженным глазом. Он относится к спиральным галактикам со сверхновой звездой.
Иерархическая теория
Согласно этой теории, после образования первых звезд во Вселенной под действием гравитации начался процесс срастания звезд в скопления, а затем и галактики. Недавно эта теория была поставлена под сомнение. Современные телескопы способны заглянуть так далеко вдаль, что в них можно увидеть объекты, существовавшие примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва.
Он обнаруживает, что в то время уже существовали сформировавшиеся галактики. Считается, что между образованием первых звезд и упомянутым выше периодом существования Вселенной прошло очень мало времени, и галактики не успели сформироваться.
Инфляционная теория
Другая распространенная теория заключается в следующем. Хорошо известно, что в вакууме постоянно происходят квантовые флуктуации. Они появились в начале Вселенной, когда предполагается, что Вселенная расширялась инфляционным путем, то есть со сверхсветовой скоростью. Это означает, что сами квантовые флуктуации расширяются, причем в масштабе, возможно, в 10 1012 раз превышающем исходный. Те из них, которые существовали на момент прекращения инфляции, остались «раздутыми» и, таким образом, оказались первыми гравитационными неоднородностями во Вселенной. Оказалось, что у материи было около 400 миллионов лет, чтобы под действием гравитации сжаться вокруг этих неоднородностей и сформировать газовые облака. А затем начался процесс звездообразования и превращения туманностей в галактики.
Что находится в центре галактики?
Одной из самых загадочных частей галактики является ее центральная область. Его физические свойства настолько отличаются от свойств окружающей Вселенной, что долгое время ученые не могли понять природу этого явления.
Только недавно было обнаружено, что в центральной части нашей галактики находится черная дыра — область пространства с измененными свойствами.
Наша галактика относительно молода, ей около 12 миллиардов лет, и процессы звездообразования в ее ядре все еще активно продолжаются. Там были обнаружены многочисленные белые карлики — молодые звезды, огромные скопления светящегося газа, черные дыры разной интенсивности и нейтронные звезды.
Все это вместе образует гигантскую, невообразимо огромную космическую «кухню», которая, как пирог, продолжает производить новые звезды во Вселенной.
Что больше, Вселенная или галактика?
Важно знать, что наша галактика, несмотря на свои размеры, не единственная во Вселенной. Сегодня астрономам известно более сотни других галактик.
Некоторые из них находятся относительно близко от нас и даже могут наблюдаться невооруженным глазом, например, галактика в созвездии Волосы Вероники. Другие можно наблюдать только с помощью мощного телескопа. Другие можно увидеть только с орбитальной станции, где атмосфера не закрывает обзор космоса.
Ученые считают, что Вселенная бесконечно велика и содержит бесконечное количество галактик. Некоторые из них образовались из облаков раскаленного газа и пыли, другие находятся в том же состоянии, что и наш Млечный Путь, третьи угасают, потому что израсходовали свою энергию. До сих пор не существует единой теории, объясняющей происхождение Вселенной и формирование в ней звезд и галактик. Возможно, в далеком будущем человечество обретет это знание, но пока мы можем строить лишь самые фантастические предположения на этот счет.
Хотя центр галактики кажется идеальной целью для будущих исследований SETI, существуют и другие регионы с такими же благоприятными условиями — шаровые скопления.
Наш космический дом
Мы видим Млечный Путь таким, потому что находимся внутри него. Поскольку Млечный Путь имеет спиралевидную форму, со стороны он выглядит как два глазированных яйца, засунутых друг в друга. В его центре находится яйцеобразная выпуклость, окруженная гораздо более плотным диском. Мы находимся примерно на полпути к краю этого диска, в одном из небольших спиральных рукавов нашей галактики.
Большинство астрономов считают, что Млечный Путь имеет размер не менее 100 000 световых лет в поперечнике. Как пишет научный журналист Колин Стюарт в своей книге «Вселенная на ладони», луч света, идущий из одной части галактики 100 000 лет назад (когда Homo Sapiens делил планету с неандертальцами), достиг бы другой стороны только сейчас.
Многие из нас никогда не видели Млечный Путь во всей его красе из-за светового загрязнения.
Солнцу требуется около 220 миллионов лет, чтобы совершить один оборот в Млечном Пути. Астрономы называют этот период космическим годом.
С 1990-х годов астрономы пытаются выяснить, что именно вращается вокруг Млечного Пути. Просматривая 27 000 световых и газовых лет, они наблюдали звезды, вращающиеся вокруг яркого радиоисточника, известного сейчас как Стрелец А* (произносится как «звезда А из созвездия Стрельца»). Со временем исследователи поняли колоссальную массу этого объекта — она составляла 4 миллиарда Солнц.
«Итак, прямо сейчас Солнце тянет нас вокруг черной дыры со скоростью около миллиона километров в час», — говорит Колин Стюарт, британский журналист и неспециалист в области астрономии.
Центр Млечного Пути
Поэтому астрономы считают, что в центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*. Но могут ли они ошибаться? Что если это вовсе не черная дыра, а ядро из темной материи? В это трудно поверить, но новое захватывающее исследование показывает, что наблюдаемые орбиты галактического центра и орбитальные скорости во внешних областях галактики можно объяснить наличием ядра темной материи в центре, а не черной дыры. Но сначала немного справочной информации.
В течение последних двух десятилетий астрономы внимательно изучали орбиту звезды под названием S2. Это связано с тем, что он вращается вокруг длинной эллиптической петли, которая послужила идеальной лабораторией для одного из самых экстремальных на сегодняшний день испытаний Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО).
Центр Млечного Пути был идеальной лабораторией для проверки Общей теории относительности Альберта Эйнштейна (ОТО).
Затем появился еще один объект под названием G2. Как и S2, он находился на длинной эллиптической орбите, но вел себя странно, пролетая мимо своей оболочки — точки на орбите, наиболее близкой к предполагаемой черной дыре. Из обычного твердого предмета он превратился в нечто длинное и вытянутое, а затем снова сжался в твердый предмет.
Хотите быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подпишитесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить ничего интересного!
Это было действительно странно, и природа G2 до сих пор неизвестна. В любом случае, движение объекта после пролета похоже на сопротивление, что, по мнению группы астрофизиков под руководством Эдуарда Антонио Бесерра-Вергара из Международного центра релятивистской астрофизики, не совсем согласуется с моделью черной дыры.
Однако, поскольку S2 и G2 — не единственные объекты, вращающиеся вокруг галактического центра, команда астрофизиков решила распространить созданную ими ранее на компьютере модель на 17 наиболее известных S-звезд. Результаты удивительны: согласно расчетам, в центре галактики может существовать плотное скопление темной материи, которое истончается до диффузной концентрации по краям.
Темная материя в сердце Галактики
Вы, вероятно, знаете, что темная материя — одна из величайших загадок Вселенной. Исследователи считают, что это загадочное вещество ответственно за гравитационные явления, которые нельзя объяснить воздействием обычной материи, такой как звезды, пыль и галактики. Темная материя также не участвует в электромагнитных взаимодействиях и поэтому не поддается прямому наблюдению; считается, что она составляет около 80 процентов всей материи во Вселенной.
Таинственное свечение в центре Млечного Пути может указывать на присутствие массы темной материи.
Авторы нового исследования предполагают, что темная материя может помочь объяснить существование сверхмассивных черных дыр. Результаты показали, что скопление темной материи может коллапсировать в сверхмассивную черную дыру под действием гравитации. Это, в свою очередь, может объяснить, как образовались сверхмассивные черные дыры, поскольку мы не знаем, как они становятся такими большими, не говоря уже о том, сколько их образовалось в ранней Вселенной.
Как пишет Science Alert, прояснить ситуацию поможет будущий анализ, который либо подтвердит выводы исследователей, либо проделает дыру в их теории, что ни в коем случае не приближает нас к истине. Как говорится, во Вселенной все туманно, поэтому нам придется подождать результатов. Полный текст новой научной статьи можно прочитать здесь, а если вы хотите узнать, как звезды рядом с черной дырой доказывают, что Эйнштейн был прав, прочтите эту статью.
Но спустя 10 лет были проведены более детальные исследования. В 2019 году было обнаружено, что этот параметр в два раза больше на расстоянии 130 000 световых лет.
В прямой видимости
Результаты моделирования подтверждают более раннее предложение Вишала Гаджара и его коллег, которые считали, что признаки жизни следует искать в центре Галактики. Этот регион можно не только быстро колонизировать, но и эффективно искать в нем технологии. Галактический центр находится в пределах нашего поля зрения и является самым плотным регионом по количеству звезд. Поскольку Млечный Путь формировался изнутри наружу, самые старые планеты находятся в центре, поэтому у них было больше времени для развития жизни.
Центр также служит естественным координационным центром для обмена и распространения информации. И если вам нужно найти сигнал, лучше искать его ближе к центру. Гаджар и его коллеги также предположили, что развитая цивилизация могла бы черпать энергию из центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути для питания галактического маяка.
Вид на центр галактики из пустыни Мохаве
Так почему же так тихо?
Все эти оценки не дают ответа на вопрос: где все? Возможная скорость колонизации Галактики затрудняет поиск ответа. Кроме того, Кэрролл-Нелленбек и его коллеги отмечают, что развитая цивилизация может разработать новые технологии для движителей во время колонизации, сократив время до развертывания. Однако предварительное радиообследование галактического ядра не выявило никаких сигналов. Возможно, ответ заключается в самой тишине. Галактика настолько стара, что жизнь успела распространиться повсюду, поэтому некоторые считают, что это молчание обрекает все мечты о встрече с разумом.
Но надежда еще есть! Исходя из моделирования, возможно, что некоторые части галактики остаются необитаемыми даже по прошествии значительного количества времени. Весь вопрос в эффективности. Давайте вспомним, что колонизация идет кратчайшим путем. Со временем некоторые колонии погибают и исчезают — возможно, из-за катастроф или истощения ресурсов. Вместо того чтобы пытаться проникнуть в глубь космоса, цивилизации решают заново заселить вымершие колонии, потому что они ближе. Возникают группы обитаемых колоний, окруженные необитаемыми планетами, на которых никто никогда не живет. Создается статическое равновесие, при котором колонизация некоторых частей Млечного Пути будет просто неэффективной.
Есть и другие способы объяснить молчание. Возможно, долгоживущие цивилизации развиваются медленнее, чем мы думаем. Возможно, разные цивилизации, колонизируя галактику, стараются держаться подальше друг от друга. Возможно, цивилизации стараются не вмешиваться в развитие планет, подобных нашей, или опасаются биологической несовместимости на других планетах. Все это может объяснить, почему мы до сих пор не встретили ни одного человека — если мы вообще его встретили.
Похороненное прошлое
Кэрролл-Нелленбек и ее коллеги исследовали концепцию «временного горизонта» — точки в истории, после которой на Земле уже не видно следов предыдущей колонизации. Предположим, что галактическая инопланетная цивилизация прибыла на Землю миллиарды лет назад, прожила здесь несколько тысяч лет, а затем погибла. С тех пор не было найдено никаких доказательств их существования. Так что вполне возможно, что, хотя мы не встречали инопланетян, они были сбиты с Земли.
Исходя из моделирования и нашего положения в галактике, существует 89% вероятность того, что между визитами инопланетных космических кораблей прошел миллион лет — возможно, достаточно, чтобы стереть все следы предыдущих колонизаций. Симуляция говорит, что существуют промежуточные варианты между пустой галактикой и полностью обитаемой — это объясняет молчание, но не исключает возможности существования технологически развитой инопланетной цивилизации.
Все звезды, которые человеческий глаз может увидеть на небе, находятся в области рукава Ориона. Как правило, при хорошем освещении можно обнаружить около 9 000 звезд.
Что мы узнали?
В 2002 году, основываясь на результатах десятилетних наблюдений за движением звезд вблизи центра нашей галактики, команда Райнхарда Хензеля и Андреа Гез обнаружила, что объект с массой около четырех миллионов солнечных масс расположен в области около 10 миллиардов километров. Это стало почти неопровержимым доказательством существования сверхмассивной черной дыры: астрофизики не знают другого способа вместить такую массу в столь малый объем, причем так, чтобы объект ничего не излучал.
Благодаря EHT астрономы смогли уточнить размер этого региона. Теперь мы знаем, что тень черной дыры имеет диаметр около 60 миллионов километров, что сравнимо с размером орбиты Меркурия. Если заменить Солнце черной дырой SgrA*, то Земля будет двигаться по орбите в 2000 раз быстрее, а год будет длиться 4,5 часа.
Более того, оба измерения дали согласованные значения массы, которые снова согласуются с предсказаниями теории относительности. Это опровергает многие (но не все) альтернативные гипотезы о природе массивного объекта в центре галактики, такие как голая сингулярность и некоторые модели бозонных звезд. Все эти гипотезы не соответствуют наблюдаемой картине.
Но мы не можем сказать, что наблюдения EHT существенно прояснили наши представления о сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути. Пока что речь идет только о подтверждении наших гипотез.
«Мы находимся только в начале пути. С момента открытия остаточного излучения до того момента, когда мы смогли значительно улучшить наши космологические знания, измерив фон остаточного излучения, прошло почти 40 лет», — вспоминает Ковалев.
Павел Иванов из Астрокосмического центра ФИАН отмечает, что EHT подтвердил, что масса черной дыры составляет почти четыре миллиона солнечных масс. «Но точность не улучшилась по сравнению с результатами, полученными при наблюдении за движением ярких звезд очень близко к черной дыре», — сказал он в переписке с N+1.
«Наблюдения на телескопе Event Horizon за этими двумя черными дырами близки к пределу разрешения системы. А из-за несовершенства существующих теоретических моделей, с которыми сравниваются наблюдения, пока можно говорить лишь о качественном согласии наблюдений с нашими представлениями», — сказал Иванов.
Что дальше?
Когда в апреле 2017 года EHT получил данные, из которых были получены изображения теней черных дыр в Млечном Пути и М87, ученые также использовали его для наблюдения нескольких других объектов: галактики Центавра А и блазаров 3C 279 и OJ 287. Несколько других активных галактик также наблюдались в 2021 и 2022 годах. Поэтому можно ожидать, что результаты этих наблюдений также скоро появятся.
Кроме того, постепенно разрабатывается и сам телескоп «Горизонт событий». С 2017 года к EHT присоединились три новых телескопа — в Гренландии, Аризоне и Франции, а чувствительность всех телескопов улучшилась на 40%. Ученые уже провели первые наблюдения на частоте 345 гигагерц.
По сравнению с 2017 годом, телескоп теперь может наблюдать объекты в два раза меньше и в 2,5 раза слабее. Кроме того, излучение на новой частоте 345 гигагерц менее подвержено рассеянию, чем на предыдущей частоте 230 гигагерц, поэтому последующие изображения будут более четкими.
Таким образом, наблюдения 2021-2022 годов должны дать ученым возможность детально рассмотреть область, из которой исходит джет релятивистской черной дыры в центре галактики M87.
В планах коллаборации, очевидно, получение изображения SgrA* в линейно поляризованном свете, а также обнаружение круговой поляризации черной дыры в M87. Ученые EHT сделают это в ближайшее время, используя уже имеющиеся данные. Черные дыры не имеют собственного магнитного поля, но мы можем видеть, как оно формируется в аккреционном диске и как участвует в активации и ускорении релятивистского выброса. Наблюдение поляризованного излучения является ключом к измерению магнитных полей в непосредственной близости от черных дыр. Измерив их, мы сможем окончательно опровергнуть все альтернативные модели черных дыр и, наконец, понять, как они выбрасывают релятивистские струи.
Все звезды, которые человеческий глаз может увидеть на небе, находятся в области рукава Ориона. Как правило, при хорошем освещении можно обнаружить около 9 000 звезд.
Уникальные способности
Газ, падающий в наш галактический центр (ИК-изображение)
Черная дыра в Млечном Пути, в отличие от многих других космических тел, обладает уникальной способностью преобразовывать материю в энергию и выбрасывать ее со скоростью, близкой к скорости света. Ни один другой объект во всей Вселенной еще не был обнаружен с такими невероятными свойствами.
Виртуальное путешествие к центру галактики
«То, что мы видим, — это кольцо фотонов и другого излучения материи, отклоненное черной дырой. И все это размыто, потому что угловое разрешение телескопа не идеально, — говорит Ковалев.
Масса
Млечный Путь состоит из миллиардов звезд
Вокруг Млечного Пути гало содержит темную материю, которая составляет большую часть массы. Поэтому ученым трудно рассчитать точное значение. В 2009 году масса галактики была оценена в 6 * 10’42 кг.
Но спустя 10 лет были проведены более детальные исследования. В 2019 году было обнаружено, что этот параметр в два раза больше на расстоянии 130 000 световых лет.
Диск Млечного Пути
Ученые продолжают разрабатывать глобальные технологии для более детального изучения диска Млечного Пути. Это позволит наблюдать за объектами на больших расстояниях и получать новые знания.
Интересный факт: До 1980-х годов не было известно, что Млечный Путь является спиральной галактикой. Окончательно это было подтверждено в 2005 году телескопом Лайман-Спитцер.
Длина диска составляет около 100 000 световых лет, он находится в постоянном вращении, но в некоторых областях вращение меняется. В центре объекты статичны, но на некотором расстоянии некоторые звезды начинают двигаться со скоростью 200-230 км/с или быстрее.
Плоский диск состоит в основном из молодых звезд возрастом не более нескольких миллиардов лет. Возраст самих рукавов составляет около 10 миллиардов лет. На некотором расстоянии от Млечного Пути находятся более старые объекты.
Ядро Млечного Пути
В центре Млечного Пути находится большой сферический конгломерат длиной 27 тысяч световых лет под названием Беллоуз. Считается, что она содержит большую черную дыру типа Арчер А и еще одну черную дыру среднего размера. Они окружены звездами, которые заставляют светиться ядро.
Центр галактики пересекает перекресток, состоящий в основном из красных звезд, которые очень старые. В 2016 году японские астрономы обнаружили в 200 световых годах от нас гигантскую черную дыру с массой в сто тысяч солнц. Два года спустя вблизи ядра были обнаружены 12 систем, которые также могут содержать черные дыры.
Рукава
Рукав Млечного Пути
Поскольку Млечный Путь является спиральной галактикой, у него есть рукава, которые лежат в плоскости диска. Вокруг него находится ореол, который также называют «короной». Поскольку Солнечная система находится в рукаве Ориона, внутри диска, ученые не могут изучать ее структуру снаружи.
Однако передовые исследования, использующие свойства водорода, помогают построить теоретическую картину того, как может выглядеть оружие. Считается, что они расположены близко друг к другу и что существуют также дубликаты друг друга, имеющие общую область. А не так давно астрономы предположили, что Млечный Путь может иметь четырехрукавную структуру.
Ореол вокруг диска
Гало оборачивается вокруг диска Млечного Пути и имеет сферическую форму. Его протяженность в разных направлениях оценивается в 5 — 10 000 световых лет. Она содержит звезды и звездные скопления большого возраста.
Интересный факт: Раньше считалось, что самые далекие звезды находятся на расстоянии 100 000 световых лет от ядра Млечного Пути. Однако недавно были обнаружены объекты, удаленные от нас на 200 000 световых лет.
Светимость
Как и большинство объектов во Вселенной, Млечный Путь обладает определенной светимостью, которая составляет около 21 метра. Такое же значение получается, если объединить свет 10 миллиардов солнц. Лампа мощностью 8,3 * 10’36 Вт излучает аналогичный свет.
Млечный Путь и другие галактики
В 2015 году ученые из Гавайского астрономического института решили определить точное положение Млечного Пути во Вселенной. Галактика относится к Местной группе, а также к группе Laniacaea. Это регион протяженностью 500 миллионов световых лет, в котором можно найти сотни тысяч звездных скоплений.
Но Ланиакчеа — далеко не самый большой объект во Вселенной. Он является лишь частью суперкластера Кита, который, в свою очередь, входит в группу Рыб — пространственные области, в которых располагается большое количество галактик.
Ученые до сих пор не могут точно отследить перемещение объектов внутри Ланиаклея. На данный момент считается, что Млечный Путь постепенно удаляется вглубь скопления.
Руки движутся вокруг центра и образуют спиральный диск. По этой причине галактика выглядит довольно плоской, если смотреть на нее сбоку. Существует пять основных видов оружия:
Расположение Солнца в Галактике
Согласно последним научным оценкам, расстояние Солнца от галактического центра составляет 26 000 ± 1 400 световых лет, а по предварительным оценкам, наша звезда может находиться на расстоянии около 35 000 световых лет от узла. Это означает, что Солнце находится ближе к краю диска, чем к его центру. Вместе с другими звездами Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 220-240 км/с, совершая один оборот примерно за 200 миллионов лет. Таким образом, Земля за свою жизнь не обращалась вокруг центра Галактики более 30 раз.
Вблизи Солнца видны части двух спиральных рукавов, которые находятся на расстоянии около 3 000 световых лет друг от друга. Эти регионы были названы рукавами Стрельца и Персея, по названию созвездий, в которых они наблюдаются. Солнце лежит почти на полпути между этими спиральными рукавами. Однако относительно недалеко от нас (по галактическим меркам), в созвездии Ориона, есть еще один, не очень отчетливый рукав — рукав Ориона, который, как считается, является ответвлением одного из главных спиральных рукавов Млечного Пути.
Скорость вращения Солнца вокруг центра галактики почти совпадает со скоростью волны конденсации, образующей спиральный рукав. Эта ситуация нетипична для галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы колеса, в то время как движение звезд происходит по другой схеме, так что почти все звездное население диска движется в спиральных рукавах и за их пределами. Единственной точкой, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают, является так называемая вершина круга, и именно там находится Солнце.
Это чрезвычайно важно для Земли, поскольку огромное излучение в спиральных рукавах создает бурю, губительную для всего живого. И никакая атмосфера не может защитить от этого. Однако наша планета находится в относительно спокойной части галактики и сотни миллионов (или даже миллиарды) лет была избавлена от этих космических катастроф. Возможно, именно поэтому жизнь на Земле смогла возникнуть и выжить.
Эволюция и будущее Галактики
Столкновения Млечного Пути с другими галактиками, включая галактику размером с Андромеду, возможны, но конкретные прогнозы пока невозможны, поскольку мы не знаем боковую скорость внегалактических объектов.
Согласно данным, опубликованным в сентябре 2014 года, одна из моделей предсказывает, что Млечный Путь «проглотит» Большое и Малое Магеллановы облака через 4 миллиарда лет и будет проглочен Туманностью Андромеды через 5 миллиардов лет.
Модель
100 000 звезд — креативная визуализация Млечного Пути от Google
Панорама Млечного Пути, снятая в Долине Смерти, США, 2005 год.
Панорама южного неба вблизи обсерватории Параналь, Чили, 2009 год.
