10.12. Наша Галактика - “Млечный Путь”

Галактика “Млечный Путь” - спиральная звездная система, содержащая  10¹¹ звезд разных поколений, к которой относится и наше Солнце, Земля и др. планеты солнечной системы.

Кроме звезд галактика имеет межзвездную среду из газовых облаков и пыли. На расстоянии 8 - 10 кпк, где находится наше Солнце, скорость вращения галактики 220 - 250 км/c.

Рис. 10.10

В центральной части диска имеется утолщение (балдж). Поперечник диска галактики 30 кпк, балджа - 8 кпк.

Галактика имеет плоскость симметрии, называемую галактической плоскостью (плоскость диска), и ось симметрии (ось вращения галактики).

Наличие диска Галактики указывает на ее быстрое вращение вокруг оси вращения, которое является дифференциальным.

При R > 15 кпк линейная скорость вращения либо остается постоянной, либо незначительно возрастает, что связывают с существованием у Галактики

массивной короны, содержащей скрытую массу неизвестного вещества (предполагается, что это мощные облака нейтрино).

В галактической плоскости находятся спиральные рукава, толщиной 1-2 кпк, в которых сосредоточены почти все горячие звезды высокой светимости и значительная часть газопылевой материи.

Масса нашей Галактики 210¹¹ М_с (М_с1,9910³³ г).

На звездную составляющую галактики приходится 98% М_гал, на газ и др. компоненты межзвездной среды - 2% М_гал.

Пространственная концентрация звезд уменьшается с удалением от центра Галактики: в центре она составляет 10⁶ звезд в 1 пк³, на расстоянии 1 кпк от центра - несколько звезд в 1 пк³, в галактических окрестностях Солнца - примерно 1 звезда на 8 пк³. Наше Солнце расположено вблизи галактической плоскости на расстоянии от нее 20 пк и 8 - 10 кпк от галактического центра, на внутреннем краю рукава Ориона.

Большинство звезд Галактики входит в состав двойных звезд, кратных звездных систем, рассеянных и шаровых звездных скоплений.

Рассеянные скопления (открыто 1000, предполагается наличие их до 50000) равномерно распределены по радиусу Галактики.

Шаровые звездные скопления (открыто 150, предполагается, что их максимальное число - 500), включающие до 10⁵ звезд, сильно концентрируются к центру Галактики.

Молекулярный газ сконцентрирован вблизи галактической плоскости, причем он прижат к ней сильнее, чем любые другие газовые компоненты. Действительно, чем холоднее газ, тем труднее ему противостоять притяжению центральной части Галактики, которое стремится сконцентрировать все вещество в плоскости вращения. Более горячий газ почти не удерживается вблизи плоскости Галактики и уходит вверх, в гало, а холодные компоненты межзвездной среды образуют вдоль галактической плоскости диск, толщина которого возрастает по мере удаления от центра галактики к периферии в несколько раз в связи с уменьшением тяготения.

Период вращения Галактики в окрестностях Солнца составляет 230-250 млн лет - галактический год. Спиральные рукава Галактики вращаются с постоянной скоростью. В окрестности Солнца существует коротационный круг диаметром 250 пк, где _гал = _спир.

Галактические объекты различаются по возрастам, химическому составу, пространственным положениям и кинематическим характеристикам. Существует население I (диска) и население II (гало).

Возраст Галактики оценивается в 1510⁹ лет. Население II - старые объекты. Подавляющее большинство звезд гало имеет массу 0,85 М_с. В них понижено, по сравнению с Солнцем (звезда третьего поколения), содержание металлов. Наблюдается их сильная концентрация к центру Галактики. Все они движутся вокруг центра Галактики по сильно вытянутым и хаотически ориентированным эллиптическим орбитам, которые образуют сферическую составляющую галактики (гало).

К населению II относится подсистема шаровых скоплений, планетарных туманностей, короткопериодических цефеид, красных гигантов и др. объектов.

Среди населения I (диска) встречаются звезды различных масс и широкого диапазона возрастов от 1 до 10¹⁰ лет.

Самую плоскую подсистему толщиной 200 пк (парсек) по нормали к плоскости Галактики образуют массивные звезды высокой светимости спектральных классов О и В, межзвездная пыль и газ, гигантские молекулярные облака (в основном водорода) и др. Эти объекты сравнительно молодые, вращаются по круговым орбитам вокруг центра Галактики и связаны со спиральными рукавами. Большинство объектов Галактики сосредоточено в ее диске. Возраст самых старых объектов для звездных скоплений населения I не более 5-7 млрд. лет, имеют содержание химических элементов, близкое к Солнечному.

Замечание: по последним данным в центре нашей Галактики обнаружен звездоподобный объект Стрелец А; имеет массу 2,510⁶ М_С и занимает малые размеры. Предполагается, что это черная дыра.

В особую составляющую можно выделить балдж - звездное утолщение вокруг ядра Галактики по форме, близкое к сферическому и не относящееся к диску.

Области наиболее сильного звездообразования расположены в кольце от 3 кпк до 7 кпк от центра Галактики; здесь же сосредоточены и гигантские молекулярные облака, масса которых составляет 80 % всего молекулярного вещества межзвездной среды, и связанные с ними молодые звезды.

В пределах этого кольца содержится наибольшее число пульсаров и остатков от взрывов сверхновых звезд и оттуда исходит наиболее сильное нетепловое радиоизлучение, повышена концентрация областей горячего ионизированного газа (НII) и ассоциаций горячих молодых звезд. Поэтому последние несколько миллиардов лет звездообразование происходило в кольце 3 - 7 кпк от центра и в галактическом центре. Установлено, что звезды не рождаются по одиночке, а образуют звездные ассоциации и звездные комплексы, которые возникают также группами.

Примерно 10 млрд. лет назад произошел перерыв в звездообразовании, как предполагается из-за массового взрыва сверхновых. В результате этого межзвездная среда была обогащена металлами и сильно перемешена. Затем началось осаждение вещества к центру и образование плоской подсистемы галактики.

Галактический центр - область радиусом 1 кпк в центре ядра Галактики, в созвездии Стрельца. Главным элементом галактического центра считается звездное скопление, имеющее форму эллипсоида вращения с растущей концентрацией звезд к центру. Большая ось эллипсоида лежит в галактической плоскости, малая - расположена вдоль оси вращения. Отношение полуосей 0,4. Звезды на расстоянии 1 кпк от галактического центра движутся вокруг него со скоростью 270 км/c. Период обращения 25 млн. лет. Масса скопления 10¹⁰ М_С. В пределах бара расположен газовый диск (R  700 - 1000 пк) массой 10⁸ М_С, состоящий преимущественно из молекулярного водорода.

Еще ближе к центру обнаружено вращающееся и расширяющееся кольцо молекулярного водорода (массой 10⁵ М_С) радиусом 150 пк и скоростью вращения 50 км/c, скорость расширения 140 км/c. Ось вращения кольца наклонена к оси вращения Галактики на 7⁰- 10⁰. Наблюдаемая картина является следствием взрыва в ядре Галактики, произошедшего около 12 млн. лет назад. В состав кольца входят газопылевые облака, самым крупным из них является Sgr 82 массой 310⁶ М_с на расстоянии 120 пк от центра диаметром 30 пк. Внутри молекулярного кольца находится центральное пылевое облако (R15 пк) с плотностью .

Тонкий центральный молекулярный диск, в свою очередь, погружен в более утолщенный и протяженный диск из атомарного водорода, ось которого наклонена к галактической оси на  30⁰. Возможно, вещество этого диска было захвачено Галактикой за счет приливных сил и поглощения малой галактики-спутника.

Вблизи самого центра Галактики наблюдаются два радиоисточника Sgr A(W) - Стрелец А (западный) и Sgr A(Е) - Стрелец А (восточный), который является протяженным, находится за центром, является остатком вспышки сверхновой звезды. Западный, сверхкомпактный источник Sgr A(W) совпадает с динамическим центром Галактики, окружен газопылевым кольцом радиуса 2 пк, имеет скорость вращения 80 км/c.

Внутри сферы R=1,5 пк пыли нет и весь газ ионизирован. Эта область имеет массу 510⁶ М_с, в ней наблюдаются плазменные облака, бар (перемычка) и компактный источник нетеплового излучения Sgr A* радиусом 10^4 пк, который смещен относительно бара на 0,15 пк.

Огромное скопление газа и пыли в ядре приводят к бурному развитию процессов звездообразования на протяжении всей эволюции Галактики. В самом центре ядра возможно существование сверхмассивной черной дыры массой 10⁶ М_с или сверхкомпактного звездного скопления.

Магнитное поле нашей Галактики наиболее сильно в спиральных ветвях, где силовые линии параллельны плоскости галактики и вытянуты вдоль спиральных рукавов. Напряженность магнитного поля в диске галактики составляет 210^5 Э.

Все объекты во Вселенной находятся в движении. Например, наша Земля вращается вокруг собственной оси со скоростью 0,5 км/c, а вокруг Солнца - со скоростью 30 км/c. Солнце движется к созвездию Геркулеса со скоростью 20 км/c, а Солнечная система вращается вокруг центра галактики “Млечный Путь” со скоростью 250 км/c.

В свою очередь, наша Галактика движется к созвездию Гидра со скоростью 600км/c.

Местное скопление галактик (Млечный Путь, Туманность Андромеды и др.) движется к созвездию Персея.

Сверхскопление (куда входит наша Галактика), сверхскопление в созвездии Дева и ряд сверхскоплений галактик в Персее и Гидре Центавра движутся со скоростью 700 км/c к созвездию Южный Крест.

Считается, что там находится мощный притягиватель неизвестной природы, масса которого оценивается в 10 тысяч масс Галактики “Млечный Путь”, находящегося на расстоянии 150 - 300 млн. световых лет от нас.