Размер нашей галактики

Млечный Путь

Наша галактика Млечный Путь, называемая также просто Галактикой, является большой спиральной галактикой с перемычкой, диаметром около 30 килопарсек (или 100 тыс.световых лет) и толщиной 1000 световых лет (до 3000 в районе балджа). Солнце с Солнечной системой находятся внутри галактического диска, наполненного пылью, поглощающей свет. Поэтому на небе мы видим полосу звёзд, но клочковатую, напоминающую сгустки молока. Из-за поглощения света Млечный Путь как галактика изучен не до конца: не построена кривая вращения, до конца не выяснен морфологический тип, неизвестно число спиралей и т. д. Галактика содержит около 3•1011 звёзд, а её общая масса составляет около 3•1012масс Солнца.

Большую роль в изучении Млечного Пути играют исследования скоплений звёзд – относительно небольших гравитационно связанных объектов, содержащих от сотен до сотен тысяч звёзд. Их гравитационная связанность, вероятно, вызвана единством происхождения. Поэтому, исходя из теории эволюции звёзд и зная расположение звёзд скопления на диаграмме Герцшпрунга – Рассела, можно рассчитать возраст скопления. Скопления делятся на рассеянные и шаровые.

  • Шаровые – старые звёздные скопления, имеющие шаровидную форму, концентрирующиеся к центру Галактики. Отдельные шаровые скопления могут иметь возраст свыше 12 млрд. лет.
  • Рассеянные – относительно молодые скопления, имеют возраст до 2 млрд. лет, в некоторых ещё идут процессы звездообразования. Самые яркие звёзды рассеянных скоплений – молодые звёзды спектральных классов B или A, а в самых молодых скоплениях ещё есть голубые сверхгиганты (класс O).

Вследствие своих небольших (относительно космологических масштабов) размеров, звёздные скопления напрямую могут наблюдаться только в Галактике и её ближайших соседях.

Ещё один тип объектов, доступный для наблюдения только в окрестностях Солнца, – двойные звёзды. Значимость двойных звёзд для исследования различных процессов, происходящих в галактике, объясняется тем, что благодаря им возможно определить массу звезды, именно в них можно изучить процессы аккреции. Новые и сверхновые типа Ia – это тоже результат взаимодействия звёзд в тесных двойных системах.

Известные данные

Начнем с массы Млечного Пути. Млечный Путь настолько массивен, что мы дадим ему свою единицу измерения массы довольно большую саму по себе: массу Солнца. Если принять во внимание все звезды, пыль, газ и огромное количество темной материи, которые в ореоле окружают нашу галактику, это составит около 3 триллионов масс Солнца, по самым последним оценкам на момент написания статьи. По предыдущим оценкам озвучивалась цифра более 1 трлн. солнечных масс. На темную материю припадает около 90% этой массы, то есть это материя, которая не поддается его гравитационной силе.

Естественно, Млечный Путь – это не только темная материя – там есть много пыли, газа и звезд, заполняющих галактическое пространство. В Млечном Пути число звезд оценивают примерно в 200…400 млрд., хотя мы можем видеть невооруженным глазом лишь около 5000…8000 этих звезд, и лишь около 2500 из них можно увидеть в конкретный момент времени с Земли.

Млечный Путь представляет собой огромной диск, диаметр которого составляет примерно 100000…120000 световых лет. Толщина его большей части составляет 1000 световых лет, но в центре он имеет шаровидную выпуклость, диаметр которой составляет 12000 световых лет. Эти пропорции можно сравнить с небольшой стопкой DVD дисков с вклеенным в средину резиновым шаром.

Строение нашей галактики 

Наша галактика (Млечный путь) представляет собой спиральный диск с четырьмя  закрученными рукавами и  с центральным шаровидным утолщением. Толщина диска около 500 св. лет  (за такой интервал времени свет пересечет  его).  Радиус  рукавов  равен примерно 50 000  св.  лет.  Центральное утолщение Млечного  пути  имеет  диаметр в 3 000 св. лет и окружено роем (иногда используют термин гало) из примерно 200 шаровых звездных скоплений.

Черная  полоса,  которую  мы  видим  ночью  вдоль Млечного  пути (и  на фотографиях  некоторых  других  галактик),  свидетельствует,  что межзвездное пространство в Галактике заполнено гигантскими газопылевыми облаками, поглощающими  видимое  излучение,  но прозрачными  для  радиоволн  и  инфракрасного излучения. Именно на основании  данных  радиоастрономии  и  спутниковых наблюдений в ИК – диапазоне была  установлена  четырехрукавная  структура  нашей  галактики  и  то,  что Солнце  располагается  на  расстоянии  25 000 св. лет от центральной части. Один оборот вокруг центра Галактики Солнце совершает примерно за 200 млн. лет, за время его существования оно около 25  раз  успело  обойти центр Млечного пути. Можно  образно  сказать, что Солнцу 25 галактических лет! 

Скорость  вращения  отдельных  звезд  определяют  по  смещению  спектральных линий (по эффекту Доплера). Для нашей Галактики величина массы составляет примерно 100 млрд. солнечных масс. Это, по порядку величины, соответствует массе видимых звезд и газопылевых облаков. В то же время  измерения  скоростей  движения  звезд,  расположенных  на  периферии Млечного  пути  и шаровых  скоплений  в  галактическом  гало,  показало,  что они движутся вокруг центра с такими скоростями, которые не соответствуют оценке  полной массы  видимого  вещества  нашей  галактики. Несоответствие устраняется в том только случае, если допустить, что существует темное вещество, скрытое от использованных методов наблюдения. Причем масса невидимого вещества на порядок величины превосходит ту массу, которая определяется  современными  методами  астрономии. Физическая  природа  темного  вещества,  которое  проявляется  только  в  гравитационном  взаимодействии, в настоящее время дискуссионная. 

В  самом  центре  нашей  галактики  зарегистрирован источник  с  экстремально большим энерговыделением. Имея сравнительно небольшие размеры (порядка  размеров Солнечной  системы),  он  обладает массой  в миллион  раз большей, чем Солнце, и  светит  в широком диапазоне излучений  в 100 млн. раз интенсивней. Первая гипотеза о природе такого источника связывала его со вспышкой звездообразования «молодых» звезд. В настоящее время более вероятной причиной считают Черную дыру, образовавшуюся в самом «сердце» Млечного пути.

Новые исследования

В связи с новыми данными со спектрографа телескопа Hubble, учёные-астрономы во главе с Джоном Стоком из университета в Боулдере, Колорадо, пишут, что теперь необходимо заново рассматривать размеры гало галактик такого же вида, как и Млечный Путь, а это означает и переоценку их масс.

И если до сегодняшнего дня предполагаемый размер диска нашей галактики оценивался в 100 000 световых лет, а гало выступало ещё на десять тысяч световых лет, то теперь удалось узнать диаметр гало, достигающий более 1 миллиона световых лет, а это в десять раз больше одного лишь диска Млечного Пути. В километрах это будет равным около десяти квинтиллионов.

Газ и пыль, оказавшиеся так далеко от центра галактики, вероятно, были удалены на такое расстояние из-за взрывов сверхновых звёзд, но они снова притягиваются к нам и участвуют в формировании небесных тел, достигая галактического диска.

Пользуясь уже проделанными исследованиями в области состава и плотности газа на всей площади Млечного Пути, астрономы предполагают, что масса обнаруженных запасов космического строительного материала примерно равна массе всех звёзд в подобной нашей спиральной галактике средних размеров. Как утверждает сам Джон Сток, это поразило учёных.

Ведь находка значит, что обычной материи дисков галактик где-то вдвое больше, чем предполагалось, а тёмной материи хоть и ненамного, но меньше. В самых смелых теориях, выдвигаемых ранее, масса газа была больше в пять раз, чем могли увидеть учёные, и то, о чём позволили узнать наблюдения «Хаббла», помогает связать учёным практическую и теоретическую стороны вопроса.

Специальный отчёт об этом исследовании группы астрономов Джона Стока был представлен 27 июня этого года на конференции в Эдинбургском университете.

Как сказано выше, имеются данные астрономических наблюдений, которые указывают на то, что размер нашей галактики может составлять примерно 1 миллион световых лет, что в 10 раз превышает принятый сейчас размер Галактики. Об этом свидетельствует исследование содержания газа и пыли в гало галактики, а так же анализ скорости движения звезд в диске галактики. Об этом же свидетельствует и наличие в нашей галактике звезд, орбиты которых удалены на расстояния в несколько сотен тысяч световых лет. Это, например, два газовых гиганта удаленных от центра нашей галактики на 850 – 900 тысяч световых лет, о которых говорится в статье на сайте Hi-News.

О том, что размер нашей галактики Млечный путь может достигать миллиона световых лет, говорят и размеры ее гравитосферы. Как сказано в сообщении: О размерах гравитосфер массивных тел, гравитосфера нашей Галактики может простираться на несколько миллионов световых лет от центра галактики.

Гравитосфера – это реальная физическая среда с реальными физическими свойствами, например плотностью, которая пропорциональна g=G*M/R^2.
Учитывая огромные размеры гравитосферы Галактики, она может давать существенный вклад в общую массу нашей галактики даже при относительно низкой плотности. В сфере радиусом в 1 миллион световых лет при средней плотности в 10^(-27) г/см^3, общая масса гравитосферы нашей галактики будет примерно 10^12 масс Солнца.

Как показано выше, примерно такую же общую массу могут иметь газ и пыль в гало нашей галактики. О том, что размер Галактики может достигать миллиона световых лет, а ее масса – 10^12 масс Солнца, говорит и новое исследование астрофизиков из Канады.

В их статье от 16 января 2017 г представлен график (Figure 3) распределения массы нашей галактики от расстояния до ее центра. Из графика видно, что масса галактики Млечный путь растет с расстоянием от центра и достигает величины примерно в 7*10^11 масс Солнца на удалении в 500 000 световых лет от центра галактики. Причем характер кривой массы галактики говорит о том, что масса галактики может расти и дальше. Экстраполируя график на расстояние от центра в 1 миллион световых лет астрофизики из Канады получили массу Галактики примерно в 10^12 масс Солнца.

Интересное дополнение

Как показано выше, масса всего вещества в Галактике, внутри орбиты Солнца радиусом примерно 25 000 световых лет, равна 10^11 масс Солнца. Отсюда масса всего вещества в видимой (светящейся) части нашей галактики, радиус которой примерно 50 000 световых лет, будет (при соблюдении условия M/R = const) равна 2*10^11 масс Солнца.

​Это в 5 раз меньше полной массы Галактики, которая, как показано выше, может достигать величины в 10^12 масс Солнца. Таким образом, большая часть массы Галактики может находиться в ее гало радиусом порядка 10^6 световых лет.

Как показано выше, эта масса около 8*10^11 масс Солнца может обеспечиваться как массой газа и пыли, которые находятся в ее гало, так и массой гравитосферы Галактики. Допустим, что основной вклад в эту массу (8*10^11 масс Солнца) дает гравитосфера Галактики.

Гравитосфера массивного тела является слоистой средой с градиентом плотности. Плотность гравитосферы массивного тела пропорциональна ускорению свободного падения в данной точке гравитосферы: g = G*M/R^2. Плотность гравитосферы массивного тела прямо пропорциональна массе тела и обратно пропорциональна квадрату расстояния от данной точки до центра масс тела.

Таким образом, плотность гравитосферы Галактики при удалении от ее центра будет падать пропорционально R^2, а объем гравитосферы будет расти пропорционально R^3. Это значит, что при удалении от центра Галактики масса ее гравитосферы будет расти пропорционально R, и условие постоянства скорости движения звезд в галактике (M/R = const) будет точно выполняться.

Таким образом, наблюдаемое постоянство скорости движения звезд в галактиках может просто и естественно объясняться наличием у галактик гравитосфер, как у всех массивных объектов Вселенной.

Гравитосферы галактик могут являться той самой «темной материей», которую ввели в физику как раз для объяснения наблюдаемого постоянства скорости движения звезд в галактиках, и свойства и физическая природа которой до сих пор так и не определены. 

Как сказано выше, имеется большое количество данных, в том числе и данные астрономических наблюдений, которые указывают на то, что галактика Млечный путь может иметь массу в 10^12 масс Солнца и радиус в 1 миллион световых лет, что значительно больше видимой (светящейся) части Галактики, имеющей размер примерно в 100 000 световых лет. В результате действия трех основных физических процессов, происходящих во Вселенной (конденсация, конвертация и генерация вещества), в гало Галактики будут формироваться обширные газовые облака, которые будут двигаться к центру Галактики под действием сил притяжения (гравитации), создавая потоки газа и пыли.

По мере продвижения этих потоков газа и пыли к ядру галактики, их плотность будет расти, что будет приводить к конденсации газа и пыли в звезды и планеты, которые также будут постепенно снижаться к центру галактики.

Таким образом, вне видимой (светящейся) части галактики, в ее гало, кроме газо-пылевых облаков, может находится огромное количество «темных» массивных объектов. Это могут быть темные звезды типа коричневых карликов, а также протозвезды и протопланеты, которые образуются по мере уплотнения газо-пылевых потоков вещества при их движении из глубин галактики к ее ядру.

Так, например, в статье: «100 миллиардов коричневых карликов могут находиться в пределах Млечного пути» говорится о новом исследовании, которое показало, что в нашей Галактике, вероятно, находится огромное количество коричневых карликов, которое можно оценить примерно в 100 миллиардов.

Коричневые карлики, из-за недостатка массы, неспособны генерировать большое количество энергии внутри себя, поэтому они относительно холодные и плохо светятся. Обнаружить такие звезды обычными методами достаточно сложно. Причем, эти 100 миллиардов коричневых карликов, это можно сказать «видимая часть огромного айсберга», а невидимая часть этого «айсберга» состоит из много большего количества менее крупных, а значит более холодных тел.

Видео


Источники