Млечный Путь

Мле́чный Путь (также наша Галактика или просто Галактика с прописной буквы) — галактика, в которой находятся Земля, Солнечная система и все отдельные звёзды, видимые невооружённым глазом[1][2]. Относится к спиральным галактикам с перемычкой[3].
Млечный Путь вместе с галактикой Андромеды (М31), галактикой Треугольника (М33) и более чем 40 карликовыми галактиками-спутниками — своими и Андромеды — образуют Местную группу галактик[4], которая входит в Местное сверхскопление (Сверхскопление Девы)[5].
Этимология
Название Млечный Путь распространено в западной культуре и является калькой с Latin: via lactea «молочная дорога», которое, в свою очередь, калька с Ancient Greek: ϰύϰλος γαλαξίας «молочный круг»[6]. Название Галактика образовано по аналогии с Ancient Greek: γαλαϰτιϰός «молочный». По древнегреческой легенде, Зевс решил сделать своего сына Геракла, рождённого от смертной женщины, бессмертным, и для этого подложил его спящей жене Гере, чтобы Геракл выпил божественного молока. Гера, проснувшись, увидела, что кормит не своего ребёнка, и оттолкнула его от себя. Брызнувшая из груди богини струя молока превратилась в Млечный Путь.
В советской астрономической школе галактика Млечный Путь называлась просто «наша Галактика»[7] или «система Млечный Путь»; словосочетание «Млечный Путь»[8] использовалось для обозначения видимых звёзд, которые оптически для наблюдателя составляют Млечный Путь.
В различных языках имеется масса других названий Млечного Пути. Слово «Путь» часто остаётся, слово «Млечный» заменяется на другие эпитеты.
Структура
Диаметр Галактики составляет около 30 тыс. парсек (порядка 100 000 световых лет, 1 квинтиллион километров), при оценочной средней толщине порядка 1000 световых лет. После статистического анализа данных исследований, проведённых в рамках миссий APOGEE и LAMOST, исследователи из Канарского института астрофизики пришли к выводу, что диаметр диска Млечного Пути составляет около 200 тысяч световых лет[9].
Галактика содержит, по современной оценке, от 200 миллиардов до 400 миллиардов звёзд. Их основная масса расположена в форме плоского диска.
В Галактике Млечный Путь также находится от 25 миллиардов до 100 миллиардов коричневых карликов[10].
По состоянию на январь 2009, масса Галактики оценивается в 3×1012 масс Солнца[11], или 6×1042 кг. Оценка, опубликованная в мае 2016 года астрофизиками из Канады, определяет массу Галактики всего в 7×1011 масс Солнца[12]. Бо́льшая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи.
Диск
Лишь в 1980-х годах астрономы высказали предположение, что Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой[13], а не обычной спиральной галактикой. Это предположение было подтверждено в 2005 году космическим телескопом имени Лаймана Спитцера, который показал, что центральная перемычка нашей галактики является большей, чем считалось ранее[14].
По оценкам учёных, галактический диск, выдающийся в разные стороны в районе галактического центра, имеет диаметр около 100 000 световых лет[15]. По сравнению с гало, диск вращается заметно быстрее. Скорость его вращения неодинакова на различных расстояниях от центра. Она стремительно возрастает от нуля в центре до 200—240 км/с на расстоянии 2 тыс. световых лет от него, затем несколько уменьшается, снова возрастает примерно до того же значения и далее остаётся почти постоянной. Изучение особенностей вращения диска позволило оценить его массу, оказалось, что она в 150 млрд раз больше M☉.
Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звёзды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звёзд. Газ в диске Галактики также сосредоточен в основном вблизи его плоскости. Он распределён неравномерно, образуя многочисленные газовые облака — от гигантских неоднородных по структуре облаков, протяжённостью свыше нескольких тысяч световых лет, к небольшим облакам размерами не более парсека.
Ядро

В средней части Галактики находится утолщение, которое называется балджем (English: bulge — утолщение), составляющее около 8 тысяч парсек в поперечнике. Центр ядра Галактики находится в направлении Созвездия Стрельца (α = 265°, δ = −29°)[16][17]. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8,5 килопарсек (2,62×1017 км, или 27 700 световых лет). В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец A*) (около 4,3 миллиона M☉[18]) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы[19] от 1000 до 10 000 M☉ и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших[20]. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям[19]. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своём ядре[21].
Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звёзд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звёздами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. Как и в большинстве других галактик, распределение массы в Млечном Пути такое, что орбитальная скорость большинства звёзд Галактики не зависит в значительной степени от их расстояния до центра. Далее от центральной перемычки к внешнему кругу обычная скорость обращения звёзд составляет 210—240 км/с. Таким образом, такое распределение скорости, не наблюдаемое в Солнечной системе, где различные орбиты имеют существенно различные скорости обращения, является одной из предпосылок к существованию тёмной материи.
Считается, что длина галактической перемычки составляет около 27 000 световых лет[13]. Эта перемычка проходит через центр галактики под углом 44 ± 10 градусов к линии между нашим Солнцем и центром галактики. Она состоит преимущественно из красных звёзд, которые считаются очень старыми. Перемычка окружена кольцом, называемым «Кольцом в пять килопарсек». Это кольцо содержит большую часть молекулярного водорода Галактики и является активным регионом звездообразования в нашей Галактике. Если вести наблюдение из галактики Андромеды, то галактическая перемычка Млечного Пути была бы яркой его частью[22].
В 2016 году японские астрофизики сообщили об обнаружении в Галактическом центре второй гигантской чёрной дыры.
Эта чёрная дыра находится в 200 световых годах от центра Млечного Пути. Наблюдаемый астрономический объект с облаком занимает область пространства диаметром 0,3 светового года, а его масса составляет 100 тысяч масс Солнца. Пока точно не установлена природа этого объекта — это чёрная дыра или иной объект[23].
В 2018 году на основе данных наблюдений рентгеновской космической лаборатории "Чандра" в Галактическом центре было обнаружено несколько сотен чёрных дыр[24].
Рукава

Галактика относится к классу спиральных галактик, это означает, что у Галактики есть спиральные рукава, расположенные в плоскости диска. Диск погружён в гало сферической формы, а вокруг него располагается сферическая корона. Солнечная система находится на расстоянии 8,5 тысяч парсек от галактического центра, вблизи плоскости Галактики (смещение к Северному полюсу Галактики составляет всего 10 парсек), на внутреннем крае рукава, носящего название рукав Ориона. Такое расположение не даёт возможности наблюдать форму рукавов визуально. Новые данные по наблюдениям молекулярного газа (СО) говорят о том, что у нашей Галактики есть два рукава, начинающиеся у бара во внутренней части Галактики. Кроме того, во внутренней части есть ещё пара рукавов. Затем эти рукава переходят в четырёхрукавную структуру, наблюдающуюся в линии нейтрального водорода во внешних частях Галактики[25].
Гало

Галактическое гало имеет сферическую форму, выходящую за пределы галактики на 5—10 тысяч световых лет[26], и температуру около 5×105 K[26]. Галактический диск окружён сфероидным гало, состоящим из старых звёзд и шаровых скоплений, 90 % которых находится на расстоянии менее 100 000 световых лет[27] от центра галактики. Однако в последнее время было найдено несколько шаровых скоплений, таких как Pal 4 и AM 1, находящихся на расстоянии более чем 200 000 световых лет от центра галактики. Центр симметрии гало Млечного Пути совпадает с центром галактического диска. Состоит гало в основном из очень старых, неярких маломассивных звёзд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут содержать до миллиона звёзд. Возраст населения сферической составляющей Галактики превышает 12 млрд лет, его обычно считают возрастом самой Галактики.
В то время как галактический диск содержит газ и пыль, что затрудняет прохождение видимого света, сфероидная компонента таких составляющих не содержит. Активное звездообразование происходит в диске (особенно в спиральных рукавах, являющихся зонами повышенной плотности). В гало звездообразование завершилось. Рассеянные скопления также встречаются преимущественно в диске. Считается, что основную массу нашей галактики составляет тёмная материя, которая формирует гало тёмной материи массой примерно 600 — 3000 миллиардов M☉. Гало тёмной материи сконцентрировано в направлении центра галактики[28].
Звёзды и звёздные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Так как вращение отдельных звёзд происходит несколько беспорядочно (то есть скорости соседних звёзд могут иметь любые направления), гало в целом вращается очень медленно.
История открытия
Большинство небесных тел объединяются в различные вращающиеся системы. Так, Луна обращается вокруг Земли, спутники планет-гигантов образуют свои, богатые телами, системы. На более высоком уровне, Земля и остальные планеты обращаются вокруг Солнца. Возникал естественный вопрос: не входит ли и Солнце в систему ещё большего размера?
Первое систематическое исследование этого вопроса выполнил в XVIII веке английский астроном Уильям Гершель. Он подсчитывал количество звёзд в разных областях неба и обнаружил, что на небе присутствует большой круг (впоследствии он был назван галактическим экватором), который делит небо на две равные части и на котором количество звёзд оказывается наибольшим. Кроме того, звёзд оказывается тем больше, чем ближе участок неба расположен к этому кругу. Наконец обнаружилось, что именно на этом круге располагается Млечный Путь. Благодаря этому Гершель догадался, что все наблюдаемые нами звёзды образуют гигантскую звёздную систему, которая сплюснута к галактическому экватору.
Вначале предполагалось, что все объекты Вселенной являются частями нашей Галактики, хотя ещё Кант высказывал предположение, что некоторые туманности могут быть галактиками, подобными Млечному Пути. Ещё в 1920 году вопрос о существовании внегалактических объектов вызывал дебаты (например, известный Большой спор между Харлоу Шепли и Гебером Кёртисом; первый отстаивал единственность нашей Галактики). Гипотеза Канта была окончательно доказана лишь в 1920-х годах, когда Эрнсту Эпику и Эдвину Хабблу удалось измерить расстояние до некоторых спиральных туманностей и показать, что по своему удалению они не могут входить в состав нашей Галактики.
Расположение Солнца в Галактике
Согласно последним научным оценкам, расстояние от Солнца до галактического центра составляет 27 000 ± 1 400 световых лет, в то время как, согласно предварительным оценкам, наша звезда должна находиться на расстоянии около 35 000 световых лет от перемычки. Это означает, что Солнце расположено ближе к краю диска, чем к его центру. Вместе с другими звёздами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220—240 км/с[29], делая один оборот примерно за 200 млн лет. Таким образом, за всё время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз.
В окрестностях Солнца удаётся отследить участки двух спиральных рукавов, которые удалены от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где наблюдаются эти участки, им дали название рукав Стрельца и рукав Персея. Солнце расположено почти посередине между этими спиральными ветвями. Но сравнительно близко от нас (по галактическим меркам), в созвездии Ориона, проходит ещё один, не очень чётко выраженный рукав — рукав Ориона, который считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.
Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колёсах, а движение звёзд происходит с другой закономерностью[30], поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных рукавов совпадают — это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.
Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла родиться и сохраниться жизнь.
Окрестности

Все еще могут быть необнаруженные карликовые галактики, которые динамически связаны с Млечным Путем, что подтверждается обнаружением девяти новых спутников Млечного Пути в относительно небольшом квадрате ночного неба в 2015 году[31]. Есть также некоторые карликовые галактики, которые уже были поглощены Млечным Путем, такие как Омега Центавра[32].
В 2014 году исследователи сообщили, что большинство спутниковых галактик Млечного Пути фактически находятся на очень большом диске и орбите в том же направлении[33]. Это стало неожиданностью: согласно стандартной космологии, галактики-спутники должны образовываться в гало-габаритах темного вещества, и они должны широко распространяться и перемещаться в случайных направлениях. Это несоответствие до сих пор не полностью объяснено[34]. 
Эволюция и будущее
Астрономы, производившие замеры движения 30 тыс. звёзд в галактике Млечный Путь, обнаружили, что около 10 млрд лет назад Млечный Путь слился с крупной галактикой Гайя-Энцелад (Gaia-Enceladus), что привело к образованию толстого диска и придало ему надутую форму[35]. По размерам Гайя-Энцелад была в 10 раз меньше современного Млечного Пути, но в момент катаклизма соотношение было 1 к 4, так Млечный Путь был тогда намного меньше. По массе Гайя-Энцелад была немного более массивной, чем современное Малое Магелланово Облако[36][37].

Возможны столкновения нашей Галактики с иными галактиками, в том числе со столь крупной, как галактика Андромеды[38], однако конкретные предсказания пока невозможны ввиду незнания поперечной скорости внегалактических объектов.
Согласно опубликованным в сентябре 2014 года данным, по одной из моделей, через 4 млрд лет Млечный Путь «поглотит» Большое и Малое Магеллановы Облака, а через 5 млрд лет сам будет поглощён Туманностью Андромеды[39]. По расчётам учёных из Института вычислительной космологии Даремского университета, Большое Магелланово облако, которое сейчас отдаляется от Млечного пути, и примерно через 1 млрд лет развернётся и направится к центру нашей Галактики, где в течение примерно 1,5 млрд лет будет происходить их слияние. При этом центральная сверхмассивная чёрная дыра нашей Галактики Стрелец А* увеличится в размерах в 10 раз. В результате столкновения через 2 млрд лет Солнечная система может быть вытолкнута из нашей Галактики в межгалактическое пространство[40][41][42].
Модель
 — Творческий проект компании Google по визуализации галактики Млечный Путь
Панорамы

См. также
Рентгеновский хребет Галактики
MilkyWay@Home
Примечания

Литература
v

Thorsten Dambeck in Sky and Telescope, "Gaia's Mission to the Milky Way", March 2008, p.36–39.

Ссылки

. Сучков Л. А. Астронет (1984).
 телескопа Спитцер

Видео лекции
 Засов А. В. (видео, лекция в Московском планетарии)

Категория:Спиральные галактики с перемычкой
Категория:Галактическая астрономия