Сколько весит наша галактика Млечный Путь?

Эта статья — о галактиках в общем. О нашей Галактике см. Млечный Путь; о прочих значениях термина см. Галактика (значения).

NGC 4414, спиральная галактика из созвездия Волосы Вероники, диаметром около 17 кило­парсек, расположенная на расстоянии около 20 мега­парсек от Земли

Гала́ктика

(др.-греч. γᾰλαξίας «Млечный Путь»[1] от др.-греч. γάλα, γάλακτος «молоко») — гравитационно-связанная система из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи, планет. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс[2][3][4].

Все галактики (за исключением нашей) — чрезвычайно далёкие астрономические объекты. Расстояние до ближайших из них измеряют в мегапарсеках, а до далёких — в единицах красного смещения z . Самой удалённой из известных по состоянию на декабрь 2012 года является галактика UDFj-39546284. Разглядеть на небе невооружённым глазом можно всего лишь четыре галактики: галактика Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном; являются спутниками нашей Галактики) и галактика М33 в созвездии Треугольника (из северного полушария, на незасвеченном небе)[5].

Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка двух триллионов[6][7]. В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик, а можно не обнаружить ни одной (так называемые войды).

Разрешить изображение галактик до отдельных звёзд не удавалось вплоть до начала XX века. К началу 1990-х годов насчитывалось не более 30 галактик, в которых удалось увидеть отдельные звёзды, и все они входили в Местную группу. После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число разрешённых галактик резко возросло.

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой (баром), линзовидные, карликовые, неправильные и т. д.. Если же говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 550000 (у галактики Segue 2) до 1012 масс Солнца, для сравнения — масса нашей галактики Млечный Путь равна 2⋅1011 масс Солнца.

Диаметр галактик — от 5 до 250 килопарсек[8] (16—800 тысяч световых лет), для сравнения — диаметр нашей галактики составляет около 30 килопарсек (100 тысяч световых лет). Самая большая известная (на 2012 год) галактика IC 1101 имеет диаметр более 600 килопарсек[9].

Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в некоторых карликовых галактиках[10].

Примеры

Звёзды разделяются по спектральному классу, звёздной величине, светимости. Но одной из основных их характеристик является, конечно же, масса. И тут нет прямой пропорции. Звёздный гигант, имея размер, в разы и сотни раз больший, чем Солнце, по массе может превосходить его не намного. Например, жёлтый гигант Капелла, главная звезда Возничего, больше Солнца по радиусу в 9 – 12 раз, а массивнее всего в 2,5 раза. А Бетельгейзе, красный сверхгигант Ориона, превышает солнечный радиус в 950 – 1200 раз, но массу имеет всего в 13 – 17 солнечных. А вот у белых карликов, обладающих массой, сравнимой с массой нашего светила, радиусы на два порядка меньше. Проще всего говорить о массах чёрных дыр. Они могут иметь минимальные значения – порядка 10 -5 г (при радиусе около 10 -35 м), но максимум их – бесконечность, к которой они устремлены.

Масса галактики – значение более солидное. Например, масса нашего Млечного Пути определена как 3 . 10 12 масс Солнца, а таинственная галактика Андромеда массивнее нашей всего в полтора раза. Вероятно, самая большая из обнаруженных галактик – IC 1101. Она находится в созвездии Змеи, и до неё 1,07 млрд. световых лет. При невероятном диаметре в 6 млн. световых лет, масса её превышает солнечную в 24,5 триллиона раз! Если эту супергалактику поместить на место галактики нашей, то она успешно поглотит оба Магеллановых Облака, Андромеду и Треугольник.

Массы звёзд и галактик представить невероятно сложно. Для нас всё, что выходит за пределы в тысячи тонн, уже находится на грани восприятия. Но это понятно, ведь мы существуем в мире обычном, измеряемом единицами, которые можно «пощупать». Чтобы более зримо представлять макромиры, нужно в них погрузиться. Но и оказавшись там, вряд ли можно реально оценить массы звёзд и массы галактик.

Сколько весит Млечный Путь?

Обработав новые данные наблюдений за пятьюдесятью карликовыми галактиками — спутниками Млечного Пути, группа астрофизиков из Великобритании и США дала новую оценку массы нашей галактики. Согласно этой новой оценке, на видимую материю — звезды, облака межзвездного газа и пыли, приходится всего 15% массы Млечного Пути, все остальное — темная материя, распределенная по периферии — в гало галактики.

Галактики находятся в постоянном движении; когда они сталкиваются друг с другом, образуются новые, более массивные галактики. Наш ближайших галактический сосед, Андромеда, летит в сторону Млечного Пути со скоростью 110 км/с, столкновение должно начаться через 4,5 миллиарда лет. По мере движения через космическое пространство большие галактики притягивают скопления звезд поменьше, которые занимают орбиты и сопровождают большие галактики примерно так же, как планеты вращаются вокруг звезд, а спутники — вокруг планет и меньших космических тел. Динамика всех участников космического движения определяется массой, расстоянием и ускорением. Наблюдая вращение галактик-спутников Млечного Пути, астрофизики расчитывают характер движения и массу последнего; других способов сделать это нет, поскольку мы не можем наблюдать собственную галактику со стороны.

В отличие от других исследователей, вычислявших массу Млечного Пути, авторы новой работы отталкивались не от скорости движения галактик-спутников и изменения их положения относительно Земли, а от момента импульса — физической величины, которую определяют расстояния между объектами и их скорость. Галактики-спутники вращаются по эллиптическим орбитам, ускоряясь на участках, расположенных ближе к центру Млечного Пути, и замедляясь по мере удаления. В отличие от скорости движения по орбите, момент импульса не меняется, поэтому авторы работы полагают, что их оценка может быть точнее предыдущих. Дополнительно уточнить массу нашей галактики можно будет, когда поступят новые данные от новых приборов; астрофизики возлагают большие надежды на космическую обсерваторию Gaia, четыре года назад вышедшую на расчетную орбиту и LSST (Large Synoptic Survey Telescope, Большой Обзорный Телескоп).

Масса галактики, по новой оценке, составляет 0,96 триллиона масс Солнца; другие оценки давали и больше, и меньше — от 700 миллиардов до двух триллионов солнечных масс; подтвердились старые расчеты, говорящие о том, что ближайшая к нам галактика Андромеды массивнее нашей. Новую оценку проверили на компьютерной модели — симуляции Вселенной, состоящей из 20 тысяч галактик, напоминающих нашу, и еще 90 тысяч галактик-спутников, которые вращаются вокруг них.

Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Млечный путь

В ясную безлунную ночь на небосклоне хорошо видна светлая полоса, которая опоясывает весь небосвод в виде серебристой ленты. Согласно древнегреческому мифу, Геракл пролил молоко, ког­да его кормила богиня Гера. Белая полоса на небе напоминает проли­тое молоко, поэтому она получила название Млечный Путь.

Наблюдая Млечный Путь в телескоп, Галилей установил, что он со­стоит из большого количества звёзд, которые объединены в огромную звёздную систему. Эту звёздную систему назвали Галактикой (от греч. galaktikos — млечный). Впоследствии слово «галактика» стало упо­требляться как название огромных звёздных систем.

Млечный Путь составляет основную часть нашей галактики. Он включает в себя созвездия Возничего, Персея, Кассиопеи, Цефея, Стрельца, Ориона, Тельца и других. Солнечная система тоже входит в его состав и находится внутри него. Млечный Путь содержит около 200 миллиардов звёзд (для наблюдения доступны только 2 миллиар­да), тысячи гигантских облаков пыли и газа, скоплений, туманностей. Невооружённым глазом можно увидеть около 4500 звёзд. Основная масса звёзд расположена в форме плоского диска. Среднее расстояние между звёздами — около 5 световых лет. Млечный Путь сжат в пло­скости и похож на летающую тарелку (рис. 45). Он состоит из трёх основных частей: центральной (ядра), которая включает миллиарды старых звёзд; относительно тонкого диска из звёзд, газа и пыли (диа­метром 100 тысяч световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет); сферического гало (короны), содержащего карликовые галактики, шаровые звёздные скопления, отдельные звёзды, группы звёзд и горячий газ.

Масса нашей галактики Млечный Путь 3 • 1012 масс Солнца (6 • 1042 кг), 1/100 её мас­сы составляют межзвёздный газ и пыль. Для сравнения: масса галактики Туманность Ан­дромеды почти такая же, а галактики Треу­гольник — в 20 раз меньше.

Млечный Путь — спиральная галактика, в её центре расположено ядро диаметром 1000—2000 пк — гигантское уплотнённое скопление звёзд, которое находится в созвез­дии Стрельца на расстоянии от нас почти 10 000 пк (30 тысяч световых лет). У него есть четыре гигантские закрученные ветви («рука­ва») из звёзд, газа, планет, пыли. В этих «ру­кавах» образуются новые звёзды. Солнечная система и Земля расположены в промежутке между двумя такими «рукавами» — «рукавом» Щита—Центавра и «рукавом» Персея (рис. 46). Они вращаются на расстоянии прибли­зительно 25 тысяч световых лет от центра Млечного Пути.

Предположительно в центре Галактики располагается сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец А), вокруг которой вращается чёрная дыра средней массы. Материал с сайта https://doklad-referat.ru

Истинная конфигурация «рукавов» Млечного Пути до сих пор оста­ётся неизвестной из-за облаков космической пыли, мешающей астро­номам рассмотреть в подробностях структуру галактического диска. По той же причине структуру нашей родной галактики мы представ­ляем себе намного хуже, чем структуру других спиральных галактик, например Туманности Андромеды.

Однако помимо электромагнитного излучения в видимой области спектра происходит излучение и в диапазоне радиоволн, проникаю­щих сквозь облака галактической пыли. И вот тут на помощь астроно­мам приходят радиотелескопы. На­блюдая радиоизлучение с помощью относительно небольшого радиоте­лескопа, расположенного на крыше одного из университетских зданий в Кембридже, сотрудники Гарвард-Смитсоновского центра астрофизи­ки сумели нанести на звёздную карту распределение вещества в самых удалённых областях Млечного Пути. Итогом стало обнаружение ново­го спирального «рукава», являю­щегося, по предположениям астро­номов, продолжением «рукава» Щита—Центавра, выходящего из центральной перемычки галакти­ческой спирали.

На этой странице материал по темам:

• Доклат о млечном пути крадко

• Короткий реферат про чумацький шлях

• Краткое сообщение о млечном пути

• Доповідь про чумацький шлях

• Млечный путь галактика кратко

Вопросы по этому материалу:

• Что такое Млечный Путь?

• К какому типу галактик от­носится Млечный Путь?

• Опишите структуру, размеры и тип галактики Млечный Путь.

• Как устроена наша галактика — Млечный Путь?

• Какие со­звездия включает в себя Млечный Путь?

Сколько весит наша галактика Млечный Путь?

Способов взвешивания других галактик много: например, с помощью гравитационного линзирования. Суть метода заключается в том, что гравитация действует на абсолютно все, даже на свет (который представляет собой поток частиц — фотонов). Разумеется, с небольшими объектами типа планет это не заметно, но вот звезды, а тем более галактики, уже вполне заметно искривляют свет, и чем больше искривление — тем больше масса, что и позволяет определить последнюю.

Также есть более простой (но менее точный) метод — использование вращения звезд вокруг галактического ядра. Если взять звезду на окраине галактики, то ее центростремительное ускорение будет зависеть от массы вещества внутри ее орбиты. Рассчитать ускорение из наблюдений нетрудно, что и дает возможность получить массу галактики.

Но, очевидно, чтобы воспользоваться способами выше, нужно находиться вне интересующей вас галактики — внутри нее искривление света от нее же не будет заметно, ровно также становится проблемой нахождение звезды на окраине галактики и вычисление ее скорости (так как Солнечная система тоже вращается вокруг центра Млечного пути). «Это похоже на попытку провести перепись населения страны, причем вы не можете пользоваться Интернетом и не можете покинуть город, в котором вы живете», — сказала астрофизик Экта Патель из Университета штата Аризона в Тусоне.

Не упрощает ситуацию и то, что большая часть галактики (по массе) невидима. По словам Патель, темная материя — загадочное вещество, которое не выделяет никакого света — составляет около 85% нашего Млечного Пути. Так что простой подсчет массы всех звезд в нашей галактике даст очень далекий от правды результат.

Поэтому, по словам Патель, астрофизики обычно обращаются к уравнениям гравитации, полученным Исааком Ньютоном больше 300 лет назад. Они говорят нам, что скорость и расстояние, с которыми меньшее тело вращается вокруг большего, связаны с массой большего тела.

Один из методов, опубликованных в «Астрофизическом журнале», заключается в том, чтобы взглянуть на карликовые галактики в сотнях тысяч световых лет от Земли, которые движутся вокруг Млечного пути так же, как и планеты вращаются вокруг звезд. Но есть проблемы с этими спутниковыми галактиками. «Их орбиты составляют миллиарды лет», — сказала Патель, имея ввиду, что за несколько лет они едва ли сдвинутся, и исследователям будет нелегко определить их орбитальную скорость.

В своем исследовании Патель и ее коллеги попробовали новый метод взвешивания галактик. Они провели на суперкомпьютере моделирование виртуальных галактик с небольшими спутниковыми галактиками вокруг них, причем учитывались многие аспекты реального космоса. Примерно 90 000 из этих смоделированных спутниковых галактик затем сравнивались с данными о девяти реальных галактиках, вращающихся вокруг Млечного Пути. Команда выбрала те из них, чьи орбитальные свойства наиболее близко соответствовали реальным спутниковым галактикам Млечного Пути, что и дало им оценку массы родительской галактики.

В итоге, Млечный Путь оказалась весом в 960 миллиардов масс Солнца. Патель сказала, что ее результат находится где-то в середине предыдущих оценок, хотя и есть возможность повысить точность. Для этого можно использовать данные, полученные спутником GAIA Европейского космического агентства, который недавно обеспечил чрезвычайно точные измерения орбитальных свойств 30 карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного пути. Использование этих данных наряду с космологическими симуляторами позволит еще больше уточнить массу нашего галактического дома.

По словам Патель, знание массы нашей галактики поможет многим астрономам. Во-первых, они смогут лучше вычислить орбиты спутниковых галактик, поскольку они зависят от массы Млечного Пути. Чем тяжелее галактика, тем больше спутников она имеет, и до сих пор было обнаружено около 50 галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути. Поскольку мы точно не знаем, сколько весит наша галактика, ученые не могут быть точно уверены, сколько спутниковых галактик они должны еще найти. Наконец, истинный вес Млечного Пути поможет исследователям узнать, какую долю его массы составляет темная материя по сравнению с обычным веществом.

Патель надеется, что будущие исследования и более точные данные в конечном итоге дадут нам нужную точность. «Я думаю, это вопрос ближайших 10 или 20 лет», — сказала она.

Астрономы «взвесили» Млечный Путь

Масса Млечного Пути – одно из самых фундаментальных знаний, которое астрономы могут получить о нашем галактическом доме. Однако, несмотря на десятилетия интенсивных усилий, даже самые лучшие из имеющихся оценок массы Млечного Пути сильно расходятся. Теперь, объединив новые данные миссии ESA «Gaia» с наблюдениями, проведенными с помощью космического телескопа «Hubble», астрономы обнаружили, что наша Галактика «весит» около 1,5 триллиона солнечных масс в радиусе 129 000 световых лет от центра.

Предыдущие оценки массы Млечного Пути составляли от 500 миллиардов до 3 триллионов масс Солнца. Эта огромная неопределенность возникла главным образом из-за различных методов измерения распределения темной материи, которая составляет около 90% массы Галактики.

«Мы просто не можем наблюдать темную материю напрямую, вот, что приводит к нынешней неопределенности в массе Млечного Пути. Вы не можете точно измерить то, что не видите!» – объясняет руководитель аналитической группы Лаура Уоткинс из Европейской южной обсерватории (Германия).

Учитывая неуловимую природу темной материи, команде пришлось использовать умный метод для «взвешивания» Млечного Пути, основанный на измерении скоростей шаровых скоплений – плотных звездных групп, которые вращаются вокруг спирального диска Галактики.

«Чем массивнее галактика, тем быстрее движутся ее скопления под действием гравитации. Большинство предыдущих измерений фокусировались на скорости, с которой кластер приближается или удаляется от Земли, то есть движется вдоль линии обзора. Однако мы также смогли измерить боковое движение скоплений, из которого можно рассчитать общую скорость и, следовательно, галактическую массу», – объясняет Н. Вин Эванс из Кембриджского университета (Великобритания).

В качестве основы исследования группа использовала второй выпуск данных миссии «Gaia», предназначенной для создания точной трехмерной карты астрономических объектов по всему Млечному Пути и отслеживания их движений. Второй выпуск данных включает измерения шаровых скоплений на расстоянии 65 000 световых лет от Земли.

Команда объединила данные о 34 шаровых скоплениях с наблюдательным наследием космического телескопа «Hubble», которое добавило к исследованию 12 тусклых и отдаленных кластеров на расстоянии до 130 000 световых лет от Земли. Поскольку «Hubble» наблюдал за ними в течение десятилетия, стало возможным точно отследить и их скорости. В итоге, синергия космических телескопов позволила уточнить оценку массы нашей Галактики, которая составила 1,5 триллиона солнечных масс.

До сих пор незнание точной массы Млечного Пути представляло проблему для поиска ответов на множество фундаментальных вопросов. Содержание темной материи в галактиках и ее распределение неразрывно связаны с образованием и ростом структур во Вселенной. Точное определение массы Млечного Пути дает астрономам более четкое понимание того, что представляет из себя наша Галактика в космологическом контексте.