Этимология
Название Млечный Путь распространено в западной культуре и является калькой с лат. via lactea «молочная дорога», что в свою очередь перевод с др.-греч. ϰύϰλος γαλαξίας «молочный круг»[17]. Название Галактика образовано от др.-греч. 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»[18] или «система Млечный Путь»; словосочетание «Млечный Путь»[19] 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, а слово «млечный» заменяется на другие эпитеты. Например, по-арабски это мучной путь, который образовался от рассыпавшийся муки из дырявого мешка, который лежал на телеге.
Структура
Размехематичное изображение профиля.
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 200 000 световых лет[20].
Число звёзд
Галактика содержит, по современной оценке, от 200 до 400 миллиардов звёзд. Их основная масса расположена в форме плоского диска[21].
В Галактике Млечный Путь также находится от 25 до 100 миллиардов коричневых карликов[22].
Масса
Бо́льшая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи, поэтому точное определение массы Млечного Пути весьма затруднено.
По состоянию на январь 2009 года, масса Галактики оценивалась в 3⋅1012 масс Солнца[23], или 6⋅1042 кг.
Оценка, опубликованная в мае 2016 года астрофизиками из Канады, определила массу Галактики всего в 7⋅1011 масс Солнца[24].
В 2019 году, объединив новые данные миссий «Gaia» и «Hubble», астрономы определили, что масса Млечного Пути, в радиусе 129 000 световых лет от центра Галактики, составляет около 1,5 ⋅1012 масс Солнца[25].
Диск
Лишь в 1980-х годах астрономы высказали предположение, что Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой[26], 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[27].
По оценкам учёных, галактический диск, выдающийся в разные стороны в районе галактического центра, имеет диаметр около 100 000 световых лет[28]. 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.
Во внешних областях Млечного Пути S-образный звёздный диск искривлён в виде прогрессивно скрученной спиральной структуры[29][30][31].
Учёные из Австралийского национального университета определили, что величина магнитного поля в диске Млечного пути находится в диапазоне от 15 до 20 μG (микрогаусс)[32].
По расчётам астрофизиков, основанным на данных наблюдений миссии космического телескопа Kepler, средний возраст толстого диска галактики, где находятся 80 % звёзд, составляет 10 млрд лет[33].
Ядро основная статья: Галактический центр Галактический центр Млечного Пути в инфракрасном диапазоне.Центр Галактики Млечный путь. Фотография сделана космическим телескопом «Спитцер».
В средней части Галактики находится утолщение, которое называется балджем (англ. bulge — выпуклость), составляющее около 8300 парсек (27 000 световых лет) в поперечнике. Центр ядра Галактики находится в направлении Созвездия Стрельца (α = 265°, δ = −29°)[34][35]. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8500 парсек (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⊙[36]) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы[37] от 1000 до 10 000 M⊙ и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших[38]. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям[37]. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своём ядре[39].
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. Такое распределение скорости, не наблюдаемое в Солнечной системе, где различные орбиты имеют существенно различные скорости обращения, является одним из указаний на существование тёмной материи.
Считается, что длина галактической перемычки составляет около 27 000 световых лет[26]. 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[40].
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[41].
В 2018 году на основе данных наблюдений рентгеновской космической лаборатории Chandra в Галактическом центре было обнаружено 12 маломассивных рентгеновских двойных систем, одним из компонентов которых с высокой вероятностью могут быть чёрные дыры звёздной массы. Возможно, на расстоянии 1 парсека (3,26 световых года) от сверхмассивной чёрной дыры, которая связана с компактным радиоисточником Стрелец А*, может находиться 10—20 тыс. чёрных дыр[42].
Рукава основная статья: Галактический Рукава Галактики
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[43].
Гало окрестности Млечного пути и его гало.
Галактическое гало имеет сферическую форму, выходящую за пределы галактики на 5—10 тысяч световых лет[44], и температуру около 5⋅105 K[44]. Галактический диск окружён сфероидным гало, состоящим из старых звёзд и шаровых скоплений, 90 % которых находится на расстоянии менее 100 000 световых лет[45] 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[46].
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.
Светимость
Полная светимость Млечного Пути оценивается в 2,1+0,9
−0,6⋅1010 светимостей Солнца, или 8,3+3,5
−2,4⋅1036 Вт; абсолютная звёздная величина Млечного Пути составляет −21,00+0,38
−0,37[10].
История открытия
Большинство небесных тел объединяется 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 аклон и движение Солнечной системы и Земли относительно плоскости Млечного пути
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[47], 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[48], 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.
