Чумацький Шлях

Чумацький Шлях (комп'ютерна модель)

Чума́цький Шлях — власна назва галактики, у якій розташована Сонячна система, а також усі зорі, які ми бачимо неозброєним оком.

За класифікацією Хаббла Чумацький Шлях є спіральною галактикою типу SBbc , що разом із галактикою Андромеди, Галактикою Трикутника та низкою інших галактик утворюють місцеву галактичну групу. У свою чергу, місцева група входить до Надскупчення Діви.

Походження назви

Чумацький Шлях у видимому світлі

Українці здавна мали багато назв нашої галактики. Чумацький шлях — найпоширеніша з них. Згідно з легендою чумаки, орієнтуючись вночі на світлу смугу на небі, їздили в Крим по сіль. Також вживається назва Молочний шлях.

Божа дорога — давня українська назва Чумацького Шляху. Походить від того, що цій дорозі нібито у золотій колісниці їздить пророк Ілля (християнський наступник праукраїнського й праслов'янського Перуна) й гримить, метаючи золоті стріли блискавиць у демонів Арідника, Тринрода, Триюду, Чортів, Бісів, Чугайстрів та інших.

Чумацький Шлях, як небесне явище

Панорама Чумацького Шляху, фото 2005 року з Долини смерті у США

Чумацький Шлях при спогляданні на небі ми бачимо як неяскраву дифузну білу смугу, що проходить приблизно по великому колу небесної сфери. У північній півкулі наша Галактика перетинає сузір'я Орла, Стріли, Лисички, Лебедя, Цефея, Кассіопеї, Персея, Візничого, Тельця та Близнюків; у південному — Єдинорога, Корми, Вітрил, Південного Хреста, Циркуля, Південного Трикутника, Скорпіона та Стрільця. У Стрільці знаходиться галактичний центр.

Історія відкриття Галактики

Форма Чумацького Шляху, яку дослідив Вільям Гершель у 1785 році. Сонячна система знаходиться посередині.

Першим вченим, який припустив, що Чумацький Шлях складається із віддалених зірок, був Демокрит. Ґрунтуючись на результатах своїх підрахунків, у XVIII столітті Вільям Гершель зробив спробу визначити розміри Галактики. Він довів, що наша зоряна система має скінчені розміри і утворює своєрідний товстий диск: у площині Чумацький Шлях простягається на відстань не більше 850 одиниць, а в перпендикулярному напрямку — на 200 одиниць, якщо взяти за одиницю відстань до Сіріуса. За сучасною шкалою відстаней це відповідає 7300 х 1700 світлових років.

Ця оцінка в цілому відображує структуру Чумацького Шляху, хоча вона вельми неточна. Річ у тому, що окрім зірок до складу диска Галактики входять також численні газопилові хмари, які послаблюють світло віддалених зірок. Перші дослідники Галактики не знали про цю поглинаючу речовину і вважали, що вони бачать усі її зірки. Реальні розміри Галактики було встановлено лише в XX ст. Виявилось, що вона є більш пласким утворенням, ніж припускали раніше. На вигляд Галактика нагадує зерно чечевиці з потовщенням посередині.

Так, у 40-і рр. XX сторіччя, спостерігаючи галактику М31, більше відому як туманність Андромеди, німецький астроном Вальтер Бааде (у ті роки він працював у США) відзначив, що плоский лінзоподібний диск цієї величезної галактики занурено у розріджену зоряну хмару сферичної форми — гало. Оскільки туманність Андромеди дуже схожа на нашу Галактику, Бааде припустив, що подібну структуру має і Чумацький Шлях. Зірки галактичного диска було названо населенням I типу, а зірки гало (або сферичної складової) — населенням II типу.

Розміри

Основний диск Чумацького Шляху складає близько 80 000 — 100 000 світлових років у діаметрі та близько 250 000 — 300 000 у периметрі. Поза межами ядра галактики товщина Чумацького Шляху складає приблизно 1 000 світлових років.В Чумацькому Шляху налічується понад 100 млрд зір .

Якщо зменшити діаметр Чумацького Шляху до 130 кілометрів, то Сонячна система займала б лише 2 міліметри. Гало Чумацького шляху простягається набагато довше його фізичних розмірів, але обмежується орбітами двох галактик-супутників: Великої та Малої Магелланових Хмар, відстань до яких у перігалактіконі складає біля 180 000 світлових років . Абсолютний видимий розмір нашої галактики складає −21.3. ^{[Джерело?]}

Вік

Центр галактики Чумацький шлях на знімку телескопа Спітцера (SIRTF або SST, NASA). Кольори змінено.

Дуже важко визначити вік, коли сформувався Чумацький Шлях, але наразі вік найдавніших зірок у цій галактиці оцінюється у 13,6 мільярдів років, що приблизно дорівнює віку Всесвіту. За сучасними уявленнями, Чумацький Шлях утворився при зіткненні і злитті невеликих галактик. Свідоцтвами цього, на думку астрономів, є «первісні» зірки з дуже низькою металевістю, що виникли на найранішому етапі існування Всесвіту. Такі зірки вчені знаходять в галактичному гало — «околиці» Чумацького шляху, що тягнеться за межі його видимої частини. У лютому 2010 року астрономи Європейської південної обсерваторії (Чилі) виявили такі ж зірки в карликових галактиках в сузір'ях Печі, Скульптора, Секстанта і Кіля.

Структура

Станом на 2006 рік, маса Чумацького Шляху за оцінками вчених складає близько 5,8×10¹¹ M_☉ і налічує від 200 до 400 мільярдів зірок (якщо зірки малої маси домінують ). Тільки 0,0001%^{[Джерело?]} всіх зірок Галактики перераховано і занесено в каталоги.

Диск

Лише у 1980-их роках астрономи висловили припущення, що Чумацький Шлях є спіраллю із перемичкою, а не звичайною спіраллю. Це припущення було підтверджене у 2005 році Космічним телескопом імені Лаймана Спітцера, який показав, що центральна перемичка нашої галактики є більшою ніж вважалось раніше.

За оцінками вчених, галактичний диск, що видається в різні боки у районі галактичного центру, має діаметр близько 100 000 світлових років. В порівнянні з гало диск обертається помітно швидше. Швидкість його обертання не однакова на різних відстанях від центру. Вона швидко зростає від нуля в центрі до 200—240 км/с на відстані 2 тис. світлових років від нього, потім декілька зменшується, знову зростає приблизно до того ж значення і далі залишається майже постійною. Вивчення особливостей обертання диску дозволило оцінити його масу, виявилось, що вона в 150 млрд. разів більше M_☉.

Поблизу площини диска концентруються молоді зірки і зоряні скупчення, вік яких не перевищує декількох мільярдів років. Вони утворюють так звану плоску складову. Серед них дуже багато яскравих і гарячих зірок. Газ в диску Галактики також зосереджений в основному поблизу його площини. Він розподілений нерівномірно, утворюючи численні газові хмари — від гігантських неоднорідних по структурі понад хмари протяжністю декілька тисяч світлових років до маленьких хмарок розмірами не більше парсека.

Гало

Галактика та її околиці. Гало.

Галактичний диск оточено сфероїдним гало, що складається зі старих зірок та кулястих скупчень, 90% яких перебуває на відстані менше 100 000 світлових років від центру галактики. Це дозволяє припустити, що діаметр зоряного гало становить 200 000 світлових років^{[Джерело?]}. Однак, останнім часом було знайдено декілька кульових скупчень, таких як PAL 4 та AM 1, що перебувають на відстані більше ніж 200 000 світлових років від центру галактики. Центр симетрії гало Чумацького Шляху збігається з центром галактичного диска. Складається гало в основному з дуже старих, неяскравих маломасивних зірок. Вони зустрічаються як поодинці, так і у вигляді кулястих скупчень, які можуть містити до мільйона зірок. Вік населення сферичної складової Галактики перевищує 12 млрд. років, його зазвичай вважають віком самої Галактики.

У той час як галактичний диск містить газ та пил, що ускладнює проходження видимих хвиль, сфероїдна компонента таких складових не містить. Активне зореутворення відбувається у диску (особливо у спіральних рукавах, що є зонами підвищеної щільності). Воно не відбувається у гало. Розсіяні скупчення також трапляються переважно у диску. Вважається, що основну масу нашої галактики складає темна матерія, що формує гало темної матерії масою у приблизно 600 — 3000 мільярдів M_☉. Гало темної матерії сконцентроване у напрямку центру галактики .

Зірки сферичної складової концентруються центру Галактики. Центральна, найбільш щільна частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджем (від англ. balge - потовщення).

Зірки і зоряні скупчення гало рухаються навколо центру Галактики дуже витягнутими орбітами. Через те, що обертання окремих зірок відбувається дещо безладно (тобто швидкості сусідніх зірок можуть мати будь-які напрями), гало в цілому обертається дуже поволі.

Ядро

Центр галактики Чумацький Шлях у інфрачервоних променях (візуально Центр галактики розташований у сузір'ї Стрільця)

Центр галактики містить компактний об'єкт із дуже великою масою (близько 4,3 мільйона M_☉), розташований у напрямі сузір'я Стрільця. Цей об'єкт має назву Стрілець A* (англ. Sagittarius A*), більшість вчених вважають його надмасивною чорною дірою. Існує припущення, що більшість галактик мають надмасивні чорні діри у своєму ядрі. Навколо масивної чорної діри обертається чорна діра меншого розміру з масою від 1000 до 10 000 M_☉ і періодом обертання близько 100 років та декілька тисяч порівняно невеликих.

Для центральних ділянок Галактики характерна сильна концентрація зірок: у кожному кубічному парсеку поблизу центру їх міститься багато тисяч. Відстані між зірками в десятки і сотні разів менше, ніж в околиці Сонця. Як і в більшості інших галактик, розподіл маси у Чумацькому Шляху є таким, що орбітальна швидкість більшості зірок цієї Галактики не залежить великою мірою від їх відстані від центру. Далі від центральної перемички та зовнішнього кола, звичайна швидкість зіркового обертання складає 210 — 240 км/год. Таким чином, орбітальний період звичайної зірки прямо пропорційний лише довжині шляху, який він проходить. Це твердження не справджується відносно сонячної системи, де різні орбіти мають суттєво різні швидкості обертання, що підтверджує існування чорної матерії.

Вважається, що довжина галактичної перемички складає близько 27 000 світлових років. Ця перемичка проходить крізь центр галактики під кутом 44 ± 10 градусів до лінії між нашим Сонцем та центром галактики. Вона складається переважно із червоних зірок, яких вважають дуже давніми. Перемичку оточено кільцем, що має назву «Кільце у п'ять кілопарсеків». Це кільце містить більшу частину молекулярного гідрогену Галактики і є найактивнішим регіоном зореутворення у нашій Галактиці. Якщо вести спостереження із галактики Андромеди, то галактична перемичка Чумацького Шляху була б найяскравішою його частиною .

Спіральні рукави Галактики

Структура спіральних рукавів Чумацького Шляху

Одним з найбільш помітних утворень в дисках галактик, подібних наший, є спіральні гілки (або рукави). Вони і дали назву цьому типу об'єктів — спіральні галактики. Спіральна структура в наший Галактиці дуже добре розвинена. Уздовж рукавів в основному зосереджені наймолодші зірки, багато розсіяних зоряних скупчень і асоціації, а також ланцюжки щільних хмар міжзоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки. У спіральних гілках знаходиться велика кількість змінних і спалахуючих зірок, в них найчастіше спостерігаються вибухи деяких типів наднових. На відміну від гало, де які-небудь прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках продовжується бурхливе життя, пов'язане з безперервним переходом речовини з міжзоряного простору в зірки і назад. Галактичне магнітне поле, яке пронизує весь газовий диск, також зосереджене головним чином в спіралях.

Кожен спіральний рукав описує логарифмічну спіраль із підйомом приблизно 12 градусів. Вважається, що у нашій галактиці існують чотири основні спіральні рукави, котрі беруть свій початок у галактичному центрі (1). Згідно із зображенням ліворуч ці зображення мають такі назви:

Рукав Оріона та Сонце

• 2 та 8 — Трьохкілопарсековий Рукав та Рукав Персея;
• 3 та 7 — Рукав Норми та Рукав Лебедя (разом із нещодавно відкритим відгалуженням 6);
• 4 та 10 — Рукав Південного Хреста та Щита;
• 5 та 9 — Рукав Каріни та Стрільця.

Окрім зазначених вище, існують також менші рукави або відгалуження, включаючи:

• 11 — Рукав Оріона, у якому міститься наше Сонце (12) та Сонячна система.

Поза межами основних спіральних рукавів розташоване Зовнішнє Кільце або Кільце Єдинорога. Воно складається із газу та зірок, що були запозичені від інших галактик мільярди років тому. Існування цього кільця передбачили астрономи Брайан Йанні та Хайді Н'юберг.

Супутники Галактики

Зоряні потоки у Чумацькому Шляху, виявлені на 2007 рік

Наша Галактика, як гігантська зоряна система логічно, що повинна мати й супутники. Серед них найбільш відомі це карликові галактики, зоряні потоки та кулясті скупчення:

• Велика Магелланова Хмара
• Мала Магелланова Хмара
• Карликова галактика Великий Пес
• Потік Стрільця
• Потік Хелмі
• кулясте скупчення NGC 5466

Положення Сонця у Галактиці

Згідно останніх наукових оцінок, відстань від Сонця до галактичного центру, складає 26 000 ± 1 400 світлових років^{[Джерело?]}, в той час як згідно попередніх оцінок наша зоря знаходиться на відстані біля 35 000 світових років від центральної перемички^{[Джерело?]}. Це означає, що Сонце розташовано ближче до краю диску, ніж до його центру. Разом з іншими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики зі швидкістю 220—240 км/с, роблячи один оберт приблизно за 200 млн. років. Таким чином, за весь час існування Земля облетіла навколо центра Галактики не більше 30 разів.

В околицях Сонця вдається відстежити ділянки двох спіральних рукавів, які віддалені від нас приблизно на 3 тис. світлових років. За сузір'ями, де знаходяться ці ділянки, їм дали назву рукав Стрільця та рукав Персея. Сонце розташовано майже посередині між цими спіральними гілками. Але порівняно близько від нас (за галактичними мірками), у сузір'ї Оріона, проходить ще один, не дуже яскраво виражений рукав — рукав Оріона, який вважається відгалуженням одного з основних спіральних рукавів Галактики.

Швидкість обертання Сонця навколо центру Галактики майже збігається зі швидкістю хвилі ущільнення цього району Галактики, що формує спіральний рукав. Така ситуація загалом є нетиповою для Галактики: спіральні рукави обертаються з постійною кутовою швидкістю, як шпиці в колесах, а рух зірок йде за іншою закономірністю, тому майже все зоряне населення диску то потрапляє всередину спірального рукава, то випадає з нього. Єдине місце, де швидкості зірок та спіральних рукавів збігаються — це так зване коротаційне коло, і саме на ньому розташоване Сонце.

Для Землі ця обставина надзвичайно важлива, оскільки у спіральних рукавах відбуваються бурхливі процеси, що породжують потужне випромінювання, яке є згубним для всього живого. І ніяка атмосфера не змогла б від нього захистити. Але наша планета існує у порівняно спокійному місці Галактики та на протязі сотен мільйонів (або й мільярдів) років не піддавалась впливу цих космічних катаклізмів. Можливо саме тому на Землі змогло народитися та зберегтися життя.

Зіткнення з галактикою Андромеди у майбутньому

За допомогою комп'ютерного моделювання, фахівці з Гарвардського-Смітсонського Центру Астрофізики зробили висновок, що наша галактика та галактика Андромеди, які наближаються одна до одної зі швидкістю біля 500 тисяч км/год, врешті-решт об'єднаються. Це станеться приблизно через 2 мільярди років.

Примітки

Монета НБУ номіналом 20 гривень «Чумацький Шлях». Аверс.

Посилання

• The Milky Way Galaxy from An Atlas of the Universe
• A 3D map of the Milky Way Galaxy
• Milky Way — IRAS (infrared) survey wikisky.org