Галактика Млечный путь

Наблюдая Млечный Путь в телескоп, Г. Галилей в конце 1609 г. установил, что он состоит из колоссального множества очень слабых звёзд. Его звёздная структура хорошо видна даже в обычный бинокль.
Млечный путь тянется серебристой полосой по обоим полушариям, замыкаясь в звёздное кольцо. Наблюдения позволили установить, что все звёзды образуют огромную звёздную систему, названную Галактикой (от греч. галактикос — молочный), подавляющее большинство звёзд которой сосредоточено в Млечном Пути. Наше Солнце, с системой обращающихся вокруг него тел, тоже входит в состав Галактики.
Линия, проходящая посередине вдоль всего Млечного Пути, называется галактическим экватором, а образующая его плоскость — галактической плоскостью.
От созвездия Лебедя до созвездия Центавра Млечный Путь выглядит раздвоенным. Отсутствие звёзд в тёмной части Млечного Пути объясняется наличием разреженной тёмной пылевой и газовой материи, концентрирующейся в пространстве к галактической плоскости. Эта материя поглощает и ослабляет свет далёких звёзд.

ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ

Газ и пыль распределены очень неоднородно, наблюдаются плотные тёмные облака пыли. Когда эти плотные облака освещены яркими звёздами, они отражают их свет, и тогда мы видим отражательные туманности, как те, что видны в скоплении звёзд Плеяды. Если около газопылевого облака имеется горячая звезда, то она возбуждает свечение газа, и тогда мы видим диффузную туманность, примером которой служит туманность Ориона. В газопылевую туманность Ориона погружено много горячих звезд спектральных классов О и В, расстояние до туманности около 400 пк. Так как видимые размеры туманности Ориона около 60′, то легко подсчитать, что её протяжённость в пространстве составляет около 7 пк. В светлых диффузных туманностях газ необычайно разрежен, его плотность не превышает 10^-22-10^-23 г/см³. Следовательно, можно оценить массу Большой туманности Ориона примерно в 300 масс Солнца.
Вблизи всех светлых диффузных туманностей или внутри их обязательно находятся звёзды спектральных классов О и В. Они своим мощным ультрафиолетовым излучением нагревают газы, входящие в состав туманностей, до температуры более 10 000 К, возбуждают свечение газа в спектральных линиях, свойственных каждому газу. Поэтому в спектрах диффузных туманностей присутствуют отдельные яркие линии, по которым установлена газовая природа и химический состав туманностей. Основную массу газа составляет водород, но присутствуют также гелий, кислород и другие газы.
Свечение этих линий, а также зелёной линии водорода придаёт светлым диффузным туманностям зеленоватую окраску. Как оказалось, межзвёздный газ и пыль в галактике разделяются на две фазы: горячую и разреженную с температурой — 10 000 К и концентрацией — 0,1-1 см^-3; холодную и плотную с Т~ 100 К и концентрацией -10-100 см^-3. Эти фазы находятся в равновесии
между собой, так как их давления равны. Наличие плотной холодной фазы в межзвёздной среде создаёт условия, в дальнейшем способствующие образованию звёзд.
В газопылевых туманностях возникают и формируются молодые звёзды. Наблюдения в космические телескопы в инфракрасном диапазоне позволили обнаружить много протозвёзд в плотных туманностях типа Мексиканский залив и туманности Орёл.

В Млечном Пути, кроме отдельных, двойных и кратных звёзд, наблюдаются скопления звёзд.

РАССЕЯННЫЕ ЗВЁЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ

На небесной сфере можно наблюдать бесформенные скопления звёзд, похожие на скопление звёзд Плеяды и содержащие несколько сотен звёзд.

Так, в скоплении звёзд Плеяды в созвездии Тельца невооружённым глазом различают 7-8 звёзд блеском от 3^m до 5^m, в сильный бинокль их видно около 50, а на фотографиях с длительной экспозицией насчитывается около 300 слабых звёзд вплоть до блеска 17^m. Размер скопления
всего около 16 пк. На диаграмме «Спектр — светимость» точка поворота соответствует сравнительно молодому возрасту скопления в 50 млн лет.
Другая сравнительно тесная группа звёзд, напоминающая по форме треугольник и называемая Гиадами, находится рядом с Альдебараном — главной звездой созвездия Тельца.

Эти и аналогичные им тесные звёздные группы неправильной формы получили название рассеянных звёздных скоплений. В каждом звёздном скоплении звёзды имеют общее происхождение, связаны между собой взаимным тяготением и вместе движутся в пространстве.
Рассеянные звёздные скопления относят к плоской составляющей Галактики, так как они сравнительно молодые и расположены вблизи плоскости Млечного Пути, где концентрируются газ, пыль и молодые звёзды.
Солнечная система расположена между спиральными рукавами на расстоянии 23-28 тыс. св. лет от центра Галактики.

ШАРОВЫЕ ЗВЁЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ

Кроме рассеянных, наблюдаются звёздные скопления сферической и эллипсоидальной формы, называемые шаровыми. Их сейчас известно около 150. Все они недоступны невооружённому
глазу, так как удалены от нас на тысячи и десятки тысяч парсеков. Примером может служить шаровое скопление М13 в созвездии Геркулеса.

Шаровые звёздные скопления содержат десятки и сотни тысяч звёзд, а линейные размеры этих скоплений лежат в пределах от 20 до 100 пк. Поэтому, несмотря на обилие звёзд, средние расстояния между ними в скоплении измеряются тысячами астрономических единиц.
В составе шаровых звёздных скоплений много красных гигантов и переменных звёзд, отсутствуют газ и пыль. Множество красных гигантов свидетельствует о значительном возрасте шаровых скоплений, который у наиболее старых оценивается в 13-15 млрд лет.
В отличие от рассеянных, шаровые звёздные скопления не разбросаны вдоль Млечного Пути. Они концентрируются к центру Галактики и образуют гало. Они являются представителями сферической составляющей Галактики.
Исследование распределения звёзд, газа и пыли показало, что наш Млечный Путь — Галактика представляет собой плоскую систему, имеющую спиральную структуру. В Галактике около 200 млрд звёзд. Среднее расстояние между звёздами в Галактике около 5 световых лет. Но в центре Галактики, в её ядре, плотность звёзд значительно выше и расстояния между звёздами в сотни раз меньше, чем среднее значение плотности.
Центр Галактики, который расположен в направлении созвездия Стрельца, скрыт от нас большим количеством газа и пыли, поглощающих свет звёзд. При проведении наблюдений в инфракрасном диапазоне, которое газ и пыль плохо поглощают, ядро Галактики хорошо видно.
Мы находимся внутри Галактики, поэтому нам трудно представить её внешний вид, но во Вселенной есть много других похожих галактик, по ним мы можем судить о нашем
Млечном Пути. Тёмная полоса обусловлена газом и пылью, которые концентрируются к
плоскости галактики, как и в нашем Млечном Пути.
Галактика вращается. Солнце, находящееся на расстоянии около 8 кпк (26 000 св. лет) от центра Галактики, вращается со скоростью около 220 км/с, совершая один оборот почти за 250 млн лет. Внутри орбиты Солнца сосредоточена масса около 10¹¹ Мс, а полная масса Галактики оценивается в несколько сотен миллиардов солнечных масс.

СВЕРХМАССИВНАЯ ЧЁРНАЯ ДЫРА В ЦЕНТРЕ ГАЛАКТИКИ

В настоящее время астрономы тщательно изучают центр нашей Галактики, а именно его свойства, процессы, в нём происходящие, определяют структуру всей Галактики.

ОБНАРУЖЕНИЕ ЧЁРНОЙ ДЫРЫ Наблюдения за орбитами звёзд около центра Галактики показали, что там, в небольшой области, с размерами, сравнимыми с размерами Солнечной системы, сосредоточена невидимая масса, превышающая 4 млн солнечных масс.
Обычная звезда не может иметь такую большую массу. Если это скопление почти 2 млн звёзд и в таком маленьком объёме, сравнимом с объёмом Солнечной системы, то почему мы их не видим?
На снимке их всего несколько. Единственное объяснение — мы имеем дело с чёрной дырой огромной массы. Радиус этой чёрной дыры Rg = 12 · 10⁹ км, что почти в 17 раз больше, чем радиус Солнца.
Как считают учёные, мощное ү-излучение, которое идёт из центра Галактики и гигантских пузырей,
окружающих его, связано с активностью чёрной дыры в центре Галактики.

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ГАЛАКТИКЕ

Кроме газа и пыли, наша Галактика заполнена космическими лучами — релятивистскими частицами
— протонами, электронами и ядрами атомов других химических элементов, которые двигаются со скоростями, близкими к скорости света. Под действием магнитного поля, которое пронизывает всю Галактику, космические лучи двигаются по запутанным траекториям, не покидая Галактику.
Релятивистские электроны космических лучей, двигаясь в магнитном поле, излучают радиоволны. Это радиоизлучение астрономы исследуют с помощью радиотелескопов, изучая распределение магнитного поля и космических лучей в Галактике.

Источником мощного радиоизлучения оказалась Крабовидная туманность, которая в оптическом диапазоне представляется как диффузная светящаяся туманность. Эта туманность находится на месте взрыва сверхновой звезды. Взрыв был настолько мощным, что сверхновая звезда была видна в течение нескольких месяцев днём. В максимуме блеска она светила, как миллиарды звёзд, и поэтому, несмотря на свою удалённость от нас, была видна даже днём.

Наряду с остатками взорвавшейся звезды в этой туманности осталась нейтронная звезда — плотное ядро взорвавшейся звезды. Эта нейтронная звезда наблюдается как пульсар.
Таких остатков взрывов сверхновых, излучающих радиоволны, наблюдается довольно много в Галактике. Именно они поставляют космические лучи в межзвёздном пространстве Галактики.

Контрольные вопросы:

1. Как образуются отражательные туманности?
2. Почему светятся диффузионные туманности?
3. Как концентрируются газовые и пылевые туманности?
4. Как устроены рассеянные звёздные скопления?
5. Как устроены шаровидные скопления?
6. Как распределены скопления в галактике?
7. Как обнаружили сверхмассивную чёрную дыру в центре галактики?
8. В каких объектах обнаружены космические лучи?