Як влаштована наша Галактика?

Те, що речовина у Всесвіті не розсіяно, а зосереджено в гігантських зоряних скупченнях, вчені припускали ще в XVIII столітті (І. Кант, У. Гершель), але остаточно вони переконались в цьому лише на початку XX століття.

Зоряні системи, пов'язані силами гравітації, називаються галактиками.

Наше Сонце входить до складу галактики Чумацький Шлях (інакше нашу галактику позначають словом з великої літери - Галактика). Товщина нашої галактики становить не більше 1% від її діаметра, тобто за формою вона нагадує диск, а якщо ще точніше - дві складені краями тарілки. Цей компонент Галактики так і називається - зоряний диск. Діаметр диска - 30 кілопарсеків (100 000 світлових років), товщина - 1000 світлових років, а маса перевищує масу Сонця в 150 мільярдів разів. Уздовж диска проходить темна смуга, яка являє собою шар непрозорою матерії - міжзоряного пилу і газу.

Зоряний диск Галактики і смуга посередині диска
(вид збоку)

У диску Галактики немає чітко окресленої межі - так само як немає чіткої верхньої межі біля атмосфери Землі. Однак у площині цього диска щільність зірок набагато вище, ніж поза ним.

Галактичний диск обертається навколо свого центру. Обертання Галактики відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на Галактику з боку її північного полюса, що знаходиться в сузір'ї Волосся Вероніки. Диск Галактика має спіральну структуру, яка і дала назву цьому типу зоряних скупчень - спіральні галактики. Спіралі представляють собою хвилі, що поширюються в бік обертання диска Галактики, з постійною кутовою швидкістю. Зірки усередині диска рухаються по кругових траєкторіях навколо центру Галактики з постійною лінійною швидкістю. Тому кутова швидкість обертання залежить від відстані до центру, зменшуючись у міру видалення від нього. Швидкість руху Сонця, яке знаходиться на околиці Галактики, становить 220-250 км/с.

В центрі диска Галактики є потовщення - ядро діаметром 1300 парсек. Воно знаходиться в сузір'ї Стрільця. В ядрі дуже висока концентрація зірок: зоряна щільність тут в мільйони разів більше, ніж в околицях Сонця. Але, незважаючи на те, що в ядрі зосереджено так багато зірок, його довгий час не вдавалося спостерігати, тому, що близько площини симетрії Галактики знаходяться величезні темні хмари пилу, які поглинають світло зірок. Вони закривають від нас ядро Галактики. Тому його стало можливим вивчати тільки після створення приймачів інфрачервоного і радіовипромінювання, які поглинаються в меншій мірі. До слова сказати, вивчення рідної Галактики для нас ускладнено ще й тим, що ми знаходимося всередині неї - зовні будь-який об'єкт вивчати легше. Крім того, Сонце знаходиться в площині зоряного диска: тут висока щільність міжзоряного речовини, і воно ускладнює спостереження із-за поглинання світла.

Приблизно так виглядає наша Галактика з боку

Крім величезної кількості зірок в центральній області Галактики спостерігається околоядерный газовий диск радіусом понад 1000 світлових років, який складається в основному з молекулярного водню. У самому центрі Галактики припускають існування чорної діри^[?] масою близько мільйона мас Сонця.

Другий компонент Галактики, який, власне, визначає її зовнішні розміри, має сферичну форму. Він називається гало. Радіус гало значно більше розмірів диска - вона досягає кількох сотень тисяч світлових років. Центр симетрії гало Чумацького Шляху співпадає з центром галактичного диска.

Гало, як і диск, що обертається навколо центру Галактики, але з набагато меншою швидкістю, так як зірки гало в межах рухаються досить безладно.

Центральна частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики - найбільш щільна, вона називається балдж (від англійського слова bulge, що означає "потовщення", "здуття").

Будову нашої Галактики (вид збоку)

Крім одиночних зірок в Галактиці зустрічаються зоряні скупчення. Їх підрозділяють на розсіяні скупчення, кульові скупчення і зоряні асоціації.

Розсіяні зоряні скупчення зустрічаються поблизу галактичної площини, де сконцентровані скупчення пилу і міжзоряного газу. Зараз відомо більше 1200 розсіяних скупчень, з них детально вивчено 500. Найвідоміші серед них - Плеяди і Гіади в сузір'ї Тельця. Загальна кількість розсіяних скупчень в Галактиці, можливо, сягає ста тисяч, кожне з них містить від декількох сотень до декількох тисяч зірок. Їх маса невелика, і тому гравітаційне поле не може довго стримувати їх в малому обсязі простору, тому за мільярди років розсіяні скупчення розпадаються.

Расеянное зоряне скупчення Плеяди

Кульові зоряні скупчення сильно виділяються на зоряному тлі завдяки значному числу зірок у них і чіткої сферичній формі. Діаметр кульових скупчень становить від 20 до 100 парсек. На зорі еволюції Галактики по ній поневірялися тисячі кульових скупчень. Багато з них були зруйновані в результаті зіткнень один з одним або з галактичним центром. Сьогодні кульових скупчень в нашій Галактиці залишилося близько 200, і знаходяться вони в сферичному гало. Це найстаріші освіти в нашій Галактиці - їх вік від 10 до 12 млрд. років. Вік зірок, що входять в склад кульових скупчень, вельми солідний: вони пройшли довгий шлях еволюції і стали нейтронними зірками або білими карликами. Зірки в кульових скупченнях рухаються по своїх орбітах навколо центру скупчення, а саме скупчення, у свою чергу, рухається по орбіті навколо центру Галактики.

Кулясте скупчення Messier 80,
знаходиться посередині між α Скорпіона (Антарес) і β Скорпіона (Акраб)
у частині Чумацького Шляху, багатого туманностями

Третій тип скупчень - зоряні асоціації. Це угруповання молодих зірок, так звані ОВ-асоціації. Вони мають протяжність від 15 до 300 пс і містять від кількох десятків до кількох сотень молодих зірок - гарячих блакитних гігантів і надгігантів. Оскільки гіганти ранніх спектральних класів швидко проходять шлях еволюції, то всі зірки утворилися в один час і мають невеликий вік. Існують також Т-асоціації, що містять змінні зірки, які знаходяться на самих ранніх етапах зоряної еволюції.

Зоряна асоціація LH 72 у Великій Магеллановій Хмарі.
Фотографія отримана за допомогою ширококутної камери телескопа «Хаббл».
Фото: ESA/Hubble, NASA and D. A. Gouliermis

Уздовж рукавів зоряного диска зосереджені наймолодші зірки (віком кілька десятків мільйонів років тому), розсіяні зоряні скупчення й асоціації, а також щільні хмари міжзоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки. У спіральних гілках частіше спостерігаються вибухи наднових зірок. Більш старі зірки в спіральній галактиці, подібні до нашого Сонця, розташовуються як в рукавах, так і між ними, створюючи досить рівномірний розподіл зірок по диску. На відміну від гало, де прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках продовжується бурхливе життя, пов'язана з безперервним переходом речовини з міжзоряного простору в зірки і назад. Активне звездообразование в спіральних рукавах пов'язане з більш високою густиною речовини в них. З-за цього зростає середній тиск на хмари газу, що знаходяться в міжзоряному просторі. Коли газова хмара входить у більш щільну частину спірального рукава, через підвищення тиску хмара ділиться на дрібніші згустки речовини, які можуть конденсуватися в зірки. В результаті цього процесу всередині спіральних рукавів народжуються зірки. Таким чином, рукави являють собою як би гігантський космічний інкубатор, в якому молоді зірки розташовуються поблизу передньої межі рукавів. Зірки галактичного диска називають населенням I типу.

Складається Гало в основному з дуже старих, неяскравих невеликих зірок, що виникли на ранніх стадіях еволюції Галактики - їх вік близько 12 млрд. років. Вони розташовані як поодинці, так і у вигляді кульових скупчень, що включають більше мільйона зірок. Зірки сферичної складової концентруються до центру Галактики, і щільність речовини гало швидко падає з віддаленням від нього. Зірки гало називають населенням II типу.

Простір між зірками заповнена розрідженим речовиною, випромінюванням і магнітним полем. В диску особливо багато міжзоряного пилу, з температурою До 15-25, яка утворилася в результаті життєдіяльності зірок. Середній радіус частинок пилу становить частки мікрометра. В даний час вважають, що порошинки складаються із суміші залізних і силікатних частинок, покритих оболонками з органічних молекул і льоду. Сумарна маса пилу всього 0,03% повної маси Галактики, проте її повна світність становить 30% від світності зірок і повністю визначає випромінювання Галактики в інфрачервоному діапазоні.

Аналіз руху тіл в Галактиці показав, що її маса повинна бути на порядок більше тієї, яку ми визначаємо по видимих об'єктів. Значить, крім гало, балджа і диска, з розташованими в них зірками і газом, є величезні кількості невидимих речовини, яка виявляє себе тільки в гравітаційній взаємодії, але не фіксується ніякими приладами. Його назвали темною матерією. Диск і гало Галактики занурені в корону темної матерії, розміри і маса якої в 10 разів більше, ніж розміри диска і маса видимого речовини Галактики. Темна маса існує не тільки в нашій Галактиці, але і в міжгалактичному просторі. Природа прихованої маси у Всесвіті досі неясна - ми все ще не знаємо, з чого вона складається.