Droga Mleczna -Milky Way

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

droga Mleczna
ESO-VLT-Laser-photo-33a-07.jpg
Dane obserwacyjne ( epoka J2000 )
Konstelacja Strzelec
rektascensja 17 godz . 45 m 40.0409 s
Deklinacja −29° 00′ 28,118″
Dystans 25,6–27,1 km (7,86–8,32 tys. szt.)
Charakterystyka
Rodzaj Sb, Sbc lub SB(rs)bc
( galaktyka spiralna z poprzeczką )
Masa (0,8–1,5) × 10 12 M
Liczba gwiazdek 100-400 miliardów
Rozmiar Dysk gwiazdy : 185 ± 15 kly Halo
ciemnej materii : 1,9 ± 0,4 Mly (580 ± 120 kpc )
Grubość cienkiego dysku gwiezdnego ≈2 kilo (0,6 kpc)
Moment pędu 1 × 10 67 J s
Galaktyczny okres rotacji Słońca 240 Myrów
Okres rotacji wzoru spiralnego 220–360 Myrów
Okres rotacji wzoru słupka 100–120 Myrów
Prędkość w stosunku do ramy spoczynkowej CMB 552,2 ± 5,5 km/s
Prędkość ucieczki w pozycji Słońca 550 km/s
Gęstość ciemnej materii w pozycji Słońca 0,0088+0.0024
−0.0018
M szt -3 lub0,35+0,08
−0,07
GeV cm -3
Zobacz też: Galaktyka, Lista galaktyk

Droga Mleczna to galaktyka obejmująca nasz Układ Słoneczny, której nazwa opisuje wygląd galaktyki z Ziemi : zamglona wstęga światła widziana na nocnym niebie utworzona z gwiazd, których nie można indywidualnie odróżnić gołym okiem . Termin Droga Mleczna jest tłumaczeniem łaciny via lactea, z greckiego γαλακτικός κύκλος ( galaktikos kýklos ), co oznacza „mleczny krąg”. Z Ziemi Droga Mleczna pojawia się jako pas, ponieważ jej struktura w kształcie dysku jest oglądana od wewnątrz. Galileo Galilei po raz pierwszy rozłożył pasmo światła na pojedyncze gwiazdy za pomocą swojego teleskopu w 1610 roku. Do wczesnych lat dwudziestych większość astronomów uważała, że ​​Droga Mleczna zawiera wszystkie gwiazdy we Wszechświecie . Po Wielkiej Debacie w 1920 roku między astronomami Harlowem Shapleyem i Heberem Curtisem obserwacje Edwina Hubble'a wykazały, że Droga Mleczna jest tylko jedną z wielu galaktyk.

Droga Mleczna to galaktyka spiralna z poprzeczką o szacowanej widocznej średnicy 100 000–200 000 lat świetlnych . Ostatnie symulacje sugerują, że obszar ciemnej materii, zawierający również niektóre widoczne gwiazdy, może mieć średnicę prawie 2 milionów lat świetlnych. Droga Mleczna ma kilka galaktyk satelitarnych i jest częścią Lokalnej Grupy galaktyk, która jest częścią Supergromady w Pannie, która sama jest składnikiem Supergromady Laniakea .

Szacuje się, że zawiera 100-400 miliardów gwiazd i co najmniej taką liczbę planet . Układ Słoneczny znajduje się w promieniu około 27 000 lat świetlnych od Centrum Galaktyki, na wewnętrznej krawędzi Ramienia Oriona, jednego ze spiralnych skupisk gazu i pyłu. Gwiazdy znajdujące się w najgłębszej odległości 10 000 lat świetlnych tworzą zgrubienie i co najmniej jedną poprzeczkę, która promieniuje z tego zgrubienia. Centrum Galaktyki to intensywne źródło radiowe znane jako Sagittarius A*, supermasywna czarna dziura o masie 4.100 (± 0,034) milionów mas Słońca . Gwiazdy i gazy w szerokim zakresie odległości od orbity Centrum Galaktyki z prędkością około 220 kilometrów na sekundę. Stała prędkość obrotowa wydaje się przeczyć prawom dynamiki Keplera i sugeruje, że znaczna część (około 90%) masy Drogi Mlecznej jest niewidoczna dla teleskopów, ani nie emituje, ani nie pochłania promieniowania elektromagnetycznego . Ta przypuszczalna masa została nazwana „ ciemną materią ”. Okres rotacji w promieniu Słońca wynosi około 240 milionów lat. Droga Mleczna jako całość porusza się z prędkością około 600 km na sekundę w odniesieniu do pozagalaktycznych układów odniesienia. Ntarsze gwiazdy w Drodze Mlecznej są prawie tak stare jak sam Wszechświat i dlatego prawdopodobnie powstały wkrótce po ciemnych wiekach Wielkiego Wybuchu . 12 maja 2022 roku astronomowie po raz pierwszy ogłosili zdjęcie Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.

Etymologia i mitologia

Pochodzenie Drogi Mlecznej ( ok. 1575-1580) autorstwa Tintoretto

W babilońskim poemacie epickim Enūma Eliš Droga Mleczna powstaje z odciętego ogona pierwotnej słonowodnej smoczycy Tiamat, umieszczonej na niebie przez Marduka, babilońskiego boga narodowego, po zabiciu jej. Kiedyś uważano, że ta historia była oparta na starszej wersji sumerkiej, w której Tiamat został zabity przez Enlila z Nippur, ale obecnie uważa się, że jest wyłącznie wymysłem babilońskich propagandystów z zamiarem pokazania Marduka jako wyższego od bóstw sumerkich.

W mitologii greckiej Zeus umieszcza swojego syna urodzonego przez śmiertelną kobietę, niemowlę Herakles, na piersi śpiącej Hery, aby dziecko napiło się jej boskiego mleka iw ten sposób stało się nieśmiertelne. Hera budzi się podczas karmienia piersią, a potem uświadamia sobie, że karmi nieznane dziecko: odpycha dziecko, część jej mleka rozlewa się i wytwarza pas światła znany jako Droga Mleczna. Starożytni Grecy wierzyli, że pojawienie się Drogi Mlecznej powstało, gdy Atena oderwała Heraklesa od piersi, która rozpyliła mleko.

Llys Dôn (dosłownie „Dwór Don ”) to tradycyjna walka nazwa konstelacji Kasjopei . Co najmniej troje dzieci Dôna ma również skojarzenia astronomiczne: Caer Gwydion („Forteca Gwydion ”) to tradycyjna walka nazwa Drogi Mlecznej, a Caer Arianrhod („Twierdza Arianrhod ”) to konstelacja Korony Borealis .

W kulturze zachodniej nazwa „Droga Mleczna” wywodzi się z jej wyglądu jako przyćmionego, nierozpoznanego „mlecznego” świecącego pasma, wyginającego się łukiem na nocnym niebie. Termin ten jest tłumaczeniem klasycznej łaciny via lactea, z kolei wywodzącej się z hellenistycznej greki γαλαξίας, skrót od γαλαξίας κύκλος ( galaxías kýklos ), co oznacza „mleczny krąg”. Starogrecki γαλαξίας ( galaxias ) – od rdzenia γαλακτ -, γάλα ("mleko") + -ίας (tworzące przymiotniki) - jest także rdzeniem "galaktyki", nazwy naszych, a później wszystkich takich zbiorów gwiazd.

Droga Mleczna, czyli „mleczny krąg”, była tylko jednym z 11 „kręgów” zidentyfikowanych przez Greków na niebie, inne to zodiak, południk, horyzont, równik, tropiki Raka i Koziorożca, koła arktyczne i antarktyczne, oraz dwa kolorowe koła przechodzące przez oba bieguny.

Widok Drogi Mlecznej w kierunku konstelacji Strzelca (w tym Centrum Galaktyki ), widziany z ciemnego mica z niewielkim zanieczyszczeniem światłem ( Pustynia Czarnej Skały w stanie Nevada), jasny obiekt w prawym dolnym rogu to Jowisz, tuż nad Antaresem

Wygląd zewnętrzny

Film poklatkowy ukazujący Drogę Mleczną wyginającą się nad ALMA

Droga Mleczna jest widoczna z Ziemi jako mglisty pas białego światła o szerokości około 30°, wyginający się w łuk na nocnym niebie . Podczas obserwacji nocnego nieba, chociaż wszystkie pojedyncze gwiazdy widoczne gołym okiem na całym niebie są częścią Drogi Mlecznej, termin „Droga Mleczna” ogranicza się do tego pasma światła. Światło pochodzi z akumulacji nierozdzielonych gwiazd i innej materii znajdującej się w kierunku płaszczyzny galaktycznej . Jaśnize obszary wokół pasma pojawiają się jako miękkie plamy wizualne znane jako obłoki gwiezdne . Najbardziej widocznym z nich jest Wielki Obłok Gwiezdny Strzelca, część centralnego zgrubienia galaktyki. Ciemne obszary w paśmie, takie jak Wielka Szczelina i Worek Węgla, to obszary, w których międzygwiazdowy pył blokuje światło odległych gwiazd. Obszar nieba zasłaniany przez Drogę Mleczną nazywa się Strefą Unikania .

Droga Mleczna ma stosunkowo niską jasność powierzchniową . Jego widoczność może być znacznie zmnizona przez światło w tle, takie jak zanieczyszczenie światłem lub światło księżyca . Aby Droga Mleczna była widoczna, niebo musi być ciemnize niż około 20,2 magnitudo na sekundę kątową. Powinno być widoczne, jeśli graniczna wielkość ma wartość w przybliżeniu +5,1 lub lepsza i pokazuje dużą ilość szczegółów przy +6,1. To sprawia, że ​​Droga Mleczna jest trudna do zauważenia z jasno oświetlonych obszarów mikich lub podmikich, ale jest bardzo widoczna z obszarów wikich, gdy Księżyc znajduje się poniżej horyzontu. Mapy jasności sztucznego nocnego nieba pokazują, że ponad jedna trzecia populacji Ziemi nie widzi Drogi Mlecznej ze swoich domów z powodu zanieczyszczenia światłem.

Patrząc z Ziemi, widoczny obszar płaszczyzny galaktycznej Drogi Mlecznej zajmuje obszar nieba obejmujący 30 konstelacji . Centrum Galaktyki leży w kierunku Strzelca, gdzie Droga Mleczna jest najjaśniza. Od Strzelca mglisty pas białego światła wydaje się przechodzić do antycentrum galaktyki w Woźnicy . Następnie zespół kontynuuje resztę drogi dookoła nieba, z powrotem do Strzelca, dzieląc niebo na dwie mniej więcej równe półkule .

Płaszczyzna galaktyczna jest nachylona o około 60° do ekliptyki (płaszczyzny orbity Ziemi ). Względem równika niebieskiego przechodzi tak daleko na północ, jak gwiazdozbiór Kasjopei i tak daleko na południe, jak gwiazdozbiór Crux, co wskazuje na duże nachylenie płaszczyzny równikowej Ziemi i płaszczyzny ekliptyki w stosunku do płaszczyzny galaktycznej. Północny biegun galaktyczny znajduje się w rektascensji 12 h 49 m, deklinacja +27,4° ( B1950 ) w pobliżu β Comae Bereniki, a południowy biegun w pobliżu α Sculptoris . Ze względu na to duże nachylenie, w zależności od pory nocy i roku, łuk Drogi Mlecznej może wydawać się stosunkowo niski lub stosunkowo wysoko na niebie. Dla obserwatorów z około 65° szerokości geograficznej północnej do 65° południowej, Droga Mleczna przechodzi bezpośrednio nad głową dwa razy dziennie.

Historia astronomiczna

Kształt Drogi Mlecznej wydedukowany na podstawie liczby gwiazd Williama Herschela w 1785 r.; Układ Słoneczny został założony w pobliżu centrum

W Meteorologica Arystoteles (384-322 pne) stwierdza, że ​​greccy filozofowie Anaksagoras ( ok.  500-428 pne) i Demokryt (460-370 pne) zaproponowali, że Droga Mleczna jest blaskiem gwiazd niewidocznych bezpośrednio z powodu cienia Ziemi, podczas gdy inne gwiazdy otrzymują światło od Słońca (ale ich blask jest przesłonięty przez promienie słoneczne). Sam Arystoteles wierzył, że Droga Mleczna jest częścią górnej atmosfery Ziemi (wraz z gwiazdami) i że jest produktem ubocznym płonących gwiazd, który nie rozproszył się z powodu swojego najbardziej zewnętrznego położenia w atmosferze (tworzącego jego wielki okrąg ). Neoplatoński filozof Olympiodorus Młodszy ( ok. 495-570 ne  ) skrytykował ten pogląd, argumentując, że gdyby Droga Mleczna była podksiężycowa, to powinna wyglądać inaczej w różnych czasach i micach na Ziemi, i że powinna mieć paralaksę, czego nie ma . Jego zdaniem Droga Mleczna jest niebiańska. Ta idea miała wpływ później w świecie islamskim .

Perski astronom Abū Rayhān al-Bīrūni ( 973-1048) zaproponował, że Droga Mleczna jest „zbiorem niezliczonych fragmentów natury mgławicowych gwiazd”. Andaluzki astronom Avempace ( zm . 1138) zaproponował, że Droga Mleczna składa się z wielu gwiazd, ale wydaje się, że jest to ciągły obraz ze względu na efekt załamania w ziemskiej atmosferze, powołując się na obserwację koniunkcji Jowisza i Marsa w 1106 lub 1107 r. jako dowód. Według Jamila Ragepa, perski astronom Naṣīr al-Dīn al-Ṭūsī (1201–1274) w swojej Tadhkirze pisze: „Droga Mleczna, czyli Galaktyka, składa się z bardzo dużej liczby małych, ciasno skupionych gwiazd, które, ze względu na swoją koncentrację i niewielki rozmiar, wydają się być plamami mętnymi. Z tego powodu porównywano je do koloru mleka.” Ibn Qayyim Al- Jawziyya (1292–1350) zaproponował, że Droga Mleczna to „miriady maleńkich gwiazd upakowanych razem w sferze gwiazd stałych” i że gwiazdy te są większe od planet.

Dowód na to, że Droga Mleczna składa się z wielu gwiazd, pojawił się w 1610 roku, kiedy Galileo Galilei użył teleskopu do zbadania Drogi Mlecznej i odkrył, że składa się ona z ogromnej liczby słabych gwiazd. W traktacie z 1755 r. Immanuel Kant, opierając się na wcześnizych pracach Thomasa Wrighta, spekulował (słusznie), że Droga Mleczna może być wirującym ciałem ogromnej liczby gwiazd, utrzymywanych razem przez siły grawitacyjne podobne do Układu Słonecznego, ale na większe łuski. Powstały dysk gwiazd byłby widziany jako pas na niebie z naszej perspektywy wewnątrz dysku. Wright i Kant przypuszczali również, że niektóre mgławice widoczne na nocnym niebie mogą same w sobie być oddzielnymi "galaktykami", podobnymi do naszej. Kant określił zarówno Drogę Mleczną, jak i „mgławice pozagalaktyczne” jako „wszechświaty wyspowe”, termin ten wciąż aktualny do lat 30. XX wieku.

Pierwszą próbę opisania kształtu Drogi Mlecznej i położenia w niej Słońca podjął William Herschel w 1785 roku, starannie policząc liczbę gwiazd w różnych obszarach widocznego nieba. Stworzył diagram kształtu Drogi Mlecznej z Układem Słonecznym blisko środka.

W 1845 roku Lord Rosse skonstruował nowy teleskop i był w stanie rozróżnić mgławice eliptyczne i spiralne. W niektórych z tych mgławic udało mu się również odszukać poszczególne źródła punktowe, co uwiarygodnia wcześnize przypuszczenia Kanta.

Zdjęcie „Wielkiej Mgławicy Andromedy” z 1899 roku, później zidentyfikowanej jako Galaktyka Andromedy

W 1904, badając ruchy własne gwiazd, Jacobus Kapteyn poinformował, że nie były one przypadkowe, jak sądzono w tamtych czasach; gwiazdy można podzielić na dwa strumienie, poruszające się w niemal przeciwnych kierunkach. Później zdano sobie sprawę, że dane Kapteyna były pierwszym dowodem rotacji naszej galaktyki, co ostatecznie doprowadziło do odkrycia rotacji galaktyki przez Bertila Lindblada i Jana Oorta .

W 1917 Heber Curtis zaobserwował nową S Andromedae w Wielkiej Mgławicy Andromedy ( obiekt Messiera 31). Przeszukując zapis fotograficzny, znalazł jeszcze 11 nowych . Curtis zauważył, że te nowe były średnio o 10 magnitudo słabsze niż te, które pojawiły się w Drodze Mlecznej. W rezultacie był w stanie oszacować odległość na 150 000 parseków. Stał się zwolennikiem hipotezy „wyspowych wszechświatów”, która głosiła, że ​​mgławice spiralne są niezależnymi galaktykami. W 1920 roku odbyła się Wielka Debata pomiędzy Harlowem Shapleyem i Heberem Curtisem, dotycząca natury Drogi Mlecznej, mgławic spiralnych i wymiarów Wszechświata. Na poparcie swojego twierdzenia, że ​​Wielka Mgławica Andromedy jest galaktyką zewnętrzną, Curtis zauważył pojawienie się ciemnych pasów przypominających obłoki pyłu w Drodze Mlecznej, a także znaczące przesunięcie Dopplera .

Kontrowersje zostały ostatecznie rozstrzygnięte przez Edwina Hubble'a na początku lat 20. XX wieku za pomocą 2,5-metrowego teleskopu Hooker'a obserwatorium Mount Wilson . Dzięki zdolności zbierania światła tego nowego teleskopu był w stanie wykonać zdjęcia astronomiczne, które rozdzieliły zewnętrzne części niektórych mgławic spiralnych jako zbiory pojedynczych gwiazd. Był również w stanie zidentyfikować niektóre zmienne cefeidy, które mógł wykorzystać jako punkt odniesienia do oszacowania odległości do mgławic. Odkrył, że Mgławica Andromeda znajduje się w odległości 275 000 parseków od Słońca, o wiele za daleko, by być częścią Drogi Mlecznej.

Astrografia

Mapa Galaktyki Drogi Mlecznej z konstelacjami, które przecinają płaszczyznę galaktyczną w każdym kierunku, oraz opisanymi znanymi, znaczącymi elementami, w tym ramionami głównymi, ostrogami, poprzeczką, jądrem/wybrzuszeniem, godnymi uwagi mgławicami i gromadami kulistymi .
Widok całego nieba na gwiazdy w Drodze Mlecznej i sąsiednich galaktykach, oparty na pierwszym roku obserwacji z satelity Gaia, od lipca 2014 do września 2015. Mapa pokazuje gęstość gwiazd w każdej części nieba. Jaśnize regiony wskazują na gęstsze skupiska gwiazd. Ciemnize obszary w płaszczyźnie galaktycznej odpowiadają gęstym obłokom międzygwiazdowego gazu i pyłu, które pochłaniają światło gwiazd.

Sonda kosmiczna ESA Gaia dostarcza oszacowania odległości, określając paralaksę miliarda gwiazd i mapuje Drogę Mleczną z czterema planowanymi wydaniami map w 2016, 2018, 2021 i 2024 roku. Badanie z 2020 roku wykazało, że Gaia wykryła chwiejny ruch galaktyki, co może być spowodowane „ momentami obrotowymi z niewspółosiowości osi obrotu dysku w stosunku do głównej osi halo niesferycznego lub z materii akrecyjnej w halo nabytej podczas późnego opadania lub z pobliskich, oddziałujących galaktyk satelitarnych i ich następujące pływy”.

Lokalizacja i okolica Słońca

Pozycja Układu Słonecznego w Drodze Mlecznej
Schemat Drogi Mlecznej z pozycją Układu Słonecznego zaznaczoną żółtą strzałką i czerwoną kropką w Ramieniu Oriona . Kropka z grubsza pokrywa większe otoczenie Układu Słonecznego, przestrzeń między strukturami liniowymi Radcliffe Wave i Split (dawniej Pas Goulda ).
Artystyczne zbliżenie ramienia Oriona z głównymi cechami liniowych struktur Radcliffe Wave i Split oraz z Układem Słonecznym otoczonym przez najbliższe wielkoskalowe obiekty niebieskie na powierzchni lokalnego bąbla w odległości 400-500 lat świetlnych .

Słońce znajduje się w pobliżu wewnętrznego obrzeża Ramienia Oriona, w Lokalnym Puchu Lokalnego Bąbla , pomiędzy Falą Radcliffe'a i Podziałem liniowym (dawniej Pas Goulda ). Na podstawie badań orbit gwiazd wokół Sgr A* autorstwa Gillessena i in. (2016) Słońce leży w szacowanej odległości 27,14 ± 0,46 kly (8,32 ± 0,14 kpc) od Centrum Galaktyki. Boehle i in. (2016) stwierdzili mnizą wartość 25,64 ± 0,46 kly (7,86 ± 0,14 kpc), również stosując analizę orbity gwiazdy. Słońce znajduje się obecnie 5–30 parseków (16–98 lat) powyżej lub na północ od centralnej płaszczyzny dysku galaktycznego. Odległość między ramieniem lokalnym a następnym ramieniem, ramieniem Perseusza, wynosi około 2000 parseków (6500 ly). Słońce, a tym samym Układ Słoneczny, znajduje się w galaktycznej ekosferze Drogi Mlecznej .

W sferze o promieniu 15 parseków (49 lat) od Słońca znajduje się około 208 gwiazd jaśnizych niż 8,5 magnitudo absolutnego, co daje gęstość jednej gwiazdy na 69 parseków sześciennych lub jednej gwiazdy na 2360 lat świetlnych sześciennych (z Listy najbliższych jasnych gwiazd ). Z drugiej strony, w promieniu 5 parseków (16 ly) od Słońca znajdują się 64 znane gwiazdy (o dowolnej wielkości, nie licząc 4 brązowych karłów ), co daje gęstość około jednej gwiazdy na 8,2 parseków sześciennych lub jednej na 284 sześcienne światła. -lata (z Listy najbliższych gwiazd ). Ilustruje to fakt, że jest znacznie więcej słabych gwiazd niż jasnych: na całym niebie jest około 500 gwiazd jaśnizych niż 4 magnitudo pozorna, ale 15,5 miliona gwiazd jaśnizych niż 14 magnitudo.

Wierzchołek drogi Słońca lub wierzchołek Słońca to kierunek, w którym Słońce porusza się w przestrzeni w Drodze Mlecznej. Ogólny kierunek galaktycznego ruchu Słońca jest w kierunku gwiazdy Vega w pobliżu konstelacji Herkulesa, pod kątem około 60 stopni nieba do kierunku Centrum Galaktyki. Oczekuje się, że orbita Słońca wokół Drogi Mlecznej będzie z grubsza eliptyczna z dodatkiem perturbacji spowodowanych galaktycznymi ramionami spiralnymi i nierównomiernym rozkładem masy. Ponadto Słońce przechodzi przez płaszczyznę galaktyczną około 2,7 razy na orbitę. Jest to bardzo podobne do działania prostego oscylatora harmonicznego bez składnika siły oporu (tłumienia). Do niedawna sądzono, że te oscylacje zbiegają się z okresami masowego wymierania form życia na Ziemi. Ponowna analiza skutków przejścia Słońca przez strukturę spiralną w oparciu o dane CO nie znalazła korelacji.

Układ Słoneczny potrzebuje około 240 milionów lat, aby ukończyć jedną orbitę Drogi Mlecznej ( rok galaktyczny ), więc uważa się, że Słońce wykonało 18-20 okrążeń w ciągu swojego życia i 1/1250 rewolucji od początku istnienia człowieka . Prędkość orbitalna Układu Słonecznego wokół centrum Drogi Mlecznej wynosi około 220 km/s (490 000 mph) lub 0,073% prędkości światła . Słońce porusza się przez heliosferę z prędkością 84 000 km/h (52 000 mph). Przy tej prędkości Układ Słoneczny potrzebuje około 1400 lat, aby przebyć odległość 1 roku świetlnego lub 8 dni, aby przebyć 1 AU ( jednostka astronomiczna ). Układ Słoneczny kieruje się w stronę konstelacji zodiakalnej Skorpiona, która podąża za ekliptyką.

Kwadranty galaktyczne

Diagram przedstawiający położenie Słońca w Drodze Mlecznej, kąty reprezentują długości geograficzne w galaktycznym układzie współrzędnych .

Kwadrant galaktyczny lub kwadrant Drogi Mlecznej odnosi się do jednego z czterech kołowych sektorów w podziale Drogi Mlecznej. W praktyce astronomicznej wytyczenie kwadrantów galaktycznych opiera się na galaktycznym układzie współrzędnych, który umicawia Słońce jako początek systemu mapowania .

Kwadranty są opisane za pomocą liczb porządkowych – na przykład „pierwszy kwadrant galaktyczny”, „drugi kwadrant galaktyczny” lub „trzeci kwadrant Drogi Mlecznej”. Patrząc z północnego bieguna galaktycznego z 0° (zero stopni) jako promieniem biegnącym od Słońca i przez Centrum Galaktyki, kwadranty to:


Kwadrant galaktyczny
Długość galaktyczna (

)

Odniesienie
1st 0° ≤ ℓ ≤ 90°
2. 90° ≤ ℓ ≤ 180°
3rd 180 ° ≤ ℓ ≤ 270 °
4.
270° ≤ ℓ ≤ 360°
(360° ≅ 0°)

z długością geograficzną galaktyczną (ℓ) rosnącą w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara ( rotacja dodatnia ) widzianą z północy centrum Galaktyki (punkt widokowy oddalony o kilkaset tysięcy lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Warkocza Bereniki ); patrząc z południa od centrum Galaktyki (punkt widokowy podobnie odległy w konstelacji Rzeźbiarz ), wzrastałoby w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara ( rotacja ujemna ).

Rozmiar i masa

Uważa się, że struktura Drogi Mlecznej jest podobna do tej galaktyki ( UGC 12158 sfotografowany przez Hubble'a )

Droga Mleczna jest drugą co do wielkości galaktyką w Grupie Lokalnej (po Galaktyce Andromedy ), z dyskiem gwiezdnym o średnicy około 170 000–200 000 lat świetlnych (52–61 kpc) i średnio około 1000 ly (0,3 kpc). ) gruby. Aby porównać względną fizyczną skalę Drogi Mlecznej, gdyby Układ Słoneczny w kierunku Neptuna miał wielkość ćwiartki USA (24,3 mm (0,955 cala)), Droga Mleczna byłaby w przybliżeniu wielkością sąsiednich Stanów Zjednoczonych . Nad i pod stosunkowo płaską płaszczyzną galaktyczną znajduje się podobne do pierścienia włókno gwiazd, które owija się wokół Drogi Mlecznej o średnicy 150 000-180 000 lat świetlnych (46-55 kpc), co może być częścią samej Drogi Mlecznej .

Schematyczny profil Drogi Mlecznej.
Skróty: PNB/GSP: Galaktyczne bieguny północne i południowe

Droga Mleczna ma całkowitą masę około 890 do 1,54 biliona mas Słońca (8,9 × 1011 do 1,54 × 1012 mas Słońca), chociaż gwiazdy i planety stanowią tylko niewielką część tego. Szacunki masy Drogi Mlecznej różnią się w zależności od zastosowanej metody i danych. Dolny koniec oszacowanego zakresu to 5,8 × 1011 mas Słońca ( M ), nieco mniej niż Galaktyka Andromedy . Pomiary z wykorzystaniem układu Very Long Baseline Array w 2009 r. wykazały prędkości dochodzące do 254 km/s (570 000 mph) dla gwiazd na zewnętrznej krawędzi Drogi Mlecznej. Ponieważ prędkość orbitalna zależy od całkowitej masy wewnątrz promienia orbity, sugeruje to, że Droga Mleczna jest bardziej masywna, mniej więcej równa masie Galaktyki Andromedy o wymiarach 7 × 1011 mln w promieniu 160 tys. lat (49 kpc) od jego centrum. W 2010 roku pomiar prędkości radialnej gwiazd halo wykazał, że masa zamknięta w 80-kilogramowych parsekach wynosi 7 × 1011 mln . _ Według badań opublikowanych w 2014 roku masa całej Drogi Mlecznej szacowana jest na 8,5 × 1011 M , ale to tylko połowa masy Galaktyki Andromedy. Ostatnie oszacowanie masy Drogi Mlecznej wynosi 1,29 × 1012 mln . _

Większość masy Drogi Mlecznej wydaje się być ciemną materią, nieznaną i niewidoczną formą materii, która oddziałuje grawitacyjnie ze zwykłą materią. Przypuszcza się, że halo ciemnej materii rozchodzi się stosunkowo równomiernie na odległość większą niż sto kiloparseków (kpc) od Centrum Galaktyki. Modele matematyczne Drogi Mlecznej sugerują, że masa ciemnej materii wynosi 1–1,5 × 1012 mln . _ Ostatnie badania wskazują na zakres masy, aż 4,5 × 1012 M i tak małe jak 8 × 1011 mln . _ Dla porównania, szacuje się, że całkowita masa wszystkich gwiazd w Drodze Mlecznej wynosi 4,6 × 1010 M i 6,43 × 1010 mln . _ Oprócz gwiazd istnieje również gaz międzygwiazdowy, składający się masowo z 90% wodoru i 10% helu, przy czym dwie trzecie wodoru znajduje się w postaci atomowej, a pozostała jedna trzecia to wodór cząsteczkowy . Masa międzygwiazdowego gazu Drogi Mlecznej wynosi od 10% do 15% całkowitej masy jej gwiazd. Pył międzygwiazdowy stanowi dodatkowy 1% całkowitej masy gazu.

W marcu 2019 roku astronomowie poinformowali, że masa Drogi Mlecznej wynosi 1,5 biliona mas Słońca w promieniu około 129 000 lat świetlnych, czyli ponad dwukrotnie więcej niż określono we wcześnizych badaniach, i sugerują, że około 90% masy galaktyka jest ciemną materią .

Zawartość

Panorama 360 stopni Drogi Mlecznej (złożona mozaika zdjęć) autorstwa ESO, centrum galaktyki znajduje się pośrodku widoku, z północą galaktyczną u góry
Rendering Drogi Mlecznej w 360 stopniach przy użyciu danych Gaia EDR3 pokazujących gaz międzygwiazdowy i pył podświetlony przez gwiazdy (główne plamy oznaczone na czarno; białe etykiety to główne jasne plamy gwiazd ). Lewa półkula skierowana jest w stronę centrum galaktyki, prawa półkula w stronę antycentrum galaktyki.

Droga Mleczna zawiera od 100 do 400 miliardów gwiazd i przynajmniej tyle planet. Dokładna liczba zależałaby od policzenia liczby gwiazd o bardzo małych masach, które są trudne do wykrycia, zwłaszcza w odległości ponad 300 ly (90 pc) od Słońca. Dla porównania, sąsiednia Galaktyka Andromedy zawiera szacunkowo jeden bilion (10 12 ) gwiazd. Droga Mleczna może zawierać dziesięć miliardów białych karłów, miliard gwiazd neutronowych i sto milionów gwiezdnych czarnych dziur . Przestrzeń między gwiazdami wypełnia dysk gazu i pyłu, zwany ośrodkiem międzygwiazdowym . Ten dysk ma co najmniej porównywalny zasięg promienia do gwiazd, podczas gdy grubość warstwy gazu waha się od setek lat świetlnych w przypadku chłodnizego gazu do tysięcy lat świetlnych w przypadku cieplzego gazu.

Dysk gwiazd w Drodze Mlecznej nie ma ostrej krawędzi, poza którą nie ma gwiazd. Raczej koncentracja gwiazd maleje wraz z odległością od centrum Drogi Mlecznej. Z niezrozumiałych powodów, poza promieniem około 40 000 lat świetlnych (13 kpc) od centrum, liczba gwiazd na parsek sześcienny spada znacznie szybciej wraz z promieniem. Wokół dysku galaktycznego znajduje się sferyczne halo galaktyczne gwiazd i gromad kulistych, które rozciąga się dalej na zewnątrz, ale jego rozmiar jest ograniczony przez orbity dwóch satelitów Drogi Mlecznej, Wielkiego i Małego Obłoku Magellana, których najbliższe podejście do Centrum Galaktyki wynosi około 180 000 ly (55 kpc). W tej odległości lub dalej orbity większości obiektów halo zostałyby zakłócone przez Obłoki Magellana. Stąd prawdopodobnie takie obiekty zostałyby wyrzucone z okolic Drogi Mlecznej. Szacuje się, że zintegrowana bezwzględna wizualna wielkość Drogi Mlecznej wynosi około -20,9.

Zarówno obserwacje mikrosoczewkowania grawitacyjnego, jak i obserwacje tranzytów planet wskazują, że może być co najmniej tyle planet związanych z gwiazdami, ile jest gwiazd w Drodze Mlecznej, a pomiary mikrosoczewkowania wskazują, że jest więcej planet niezwiązanych z gwiazdami macierzystymi niż gwiazd. Droga Mleczna zawiera co najmniej jedną planetę na gwiazdę, co daje 100-400 miliardów planet, zgodnie z badaniem pięcioplanetarnego układu gwiazd Kepler-32 ze stycznia 2013 r., przeprowadzonym przez obserwatorium kosmiczne Kepler . Inna analiza danych Keplera ze stycznia 2013 r. oszacowała, że ​​w Drodze Mlecznej znajduje się co najmniej 17 miliardów egzoplanet wielkości Ziemi . 4 listopada 2013 r. astronomowie poinformowali, na podstawie danych z misji kosmicznej Keplera, że ​​w ekosferach gwiazd podobnych do Słońca i czerwonych karłów w Drodze Mlecznej może krążyć nawet 40 miliardów planet wielkości Ziemi . 11 miliardów z tych szacowanych planet może krążyć wokół gwiazd podobnych do Słońca. Według badań z 2016 roku najbliższa egzoplaneta może znajdować się 4,2 roku świetlnego od nas, krążąc wokół czerwonego karła Proxima Centauri . Takie planety wielkości Ziemi mogą być licznize niż gazowe olbrzymy. Oprócz egzoplanet wykryto również „ egzokomety ”, komety poza Układem Słonecznym, które mogą być powszechne w Drodze Mlecznej. Niedawno, bo w listopadzie 2020 r., szacuje się, że w Drodze Mlecznej istnieje ponad 300 milionów egzoplanet nadających się do zamieszkania.

Struktura

Przegląd różnych elementów ogólnej struktury Drogi Mlecznej.
Ciemna plama otoczona pomarańczowo-żółtym pierścieniem w kształcie pączka
Supermasywna czarna dziura Sagittarius A* sfotografowana przez Teleskop Event Horizon w falach radiowych. Centralna ciemna plama to cień czarnej dziury, który jest większy niż horyzont zdarzeń .
Jasne rozbłyski promieniowania rentgenowskiego z Sagittarius A* (wstawka) w centrum Drogi Mlecznej, wykryte przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra .
Wrażenie artysty na temat tego, jak Droga Mleczna wyglądałaby z różnych punktów obserwacyjnych – od krawędzi linii widzenia, struktury w kształcie muszli orzecha ziemnego, której nie należy mylić z centralnym zgrubieniem galaktyki, jest oczywiste; widziana z góry centralna, wąska belka odpowiedzialna za tę strukturę, wyraźnie widać, podobnie jak wiele ramion spiralnych i związanych z nimi obłoków pyłu

Droga Mleczna składa się z obszaru rdzenia w kształcie pręta, otoczonego wypaczonym dyskiem gazu, pyłu i gwiazd. Rozkład masy w Drodze Mlecznej bardzo przypomina typ Sbc w klasyfikacji Hubble'a, który reprezentuje galaktyki spiralne ze stosunkowo luźno nawiniętymi ramionami. Astronomowie po raz pierwszy zaczęli przypuszczać, że Droga Mleczna jest galaktyką spiralną z poprzeczką, a nie zwykłą galaktyką spiralną, w latach sześćdziesiątych. Przypuszczenia te zostały potwierdzone przez obserwacje Teleskopu Kosmicznego Spitzera w 2005 roku, które wykazały, że centralna poprzeczka Drogi Mlecznej jest większa niż wcześniej sądzono.

Centrum Galaktyki

Słońce znajduje się 25 000–28 000 lat (7,7–8,6 kpc) od Centrum Galaktyki. Wartość ta jest szacowana za pomocą metod geometrycznych lub poprzez pomiar wybranych obiektów astronomicznych, które służą jako świece standardowe, przy użyciu różnych technik dających różne wartości w tym przybliżonym zakresie. W ciągu kilku wewnętrznych kiloparseków (o promieniu około 10 000 lat świetlnych) znajduje się gęsta koncentracja w większości starych gwiazd o mniej więcej sferoidalnym kształcie zwanym zgrubieniem . Zaproponowano, że Droga Mleczna nie ma wybrzuszenia z powodu zderzenia i połączenia poprzednich galaktyk, a zamiast tego ma tylko pseudowybrzuszenie utworzone przez jej środkową poprzeczkę. Jednak w literaturze pojawia się pomyłka między strukturą w kształcie (łupiny orzecha ziemnego) wytworzoną przez niestabilność sztabki a możliwym wybrzuszeniem o oczekiwanym promieniu półświetlnym wynoszącym 0,5 kpc.

Centrum Galaktyki jest oznaczone przez intensywne źródło radiowe o nazwie Sagittarius A* (wymawiane Sagittarius A-star ). Ruch materiału wokół środka wskazuje, że Sagittarius A* kryje w sobie masywny, zwarty obiekt. Ta koncentracja masy najlepiej tłumaczy się jako supermasywna czarna dziura (SMBH) o szacowanej masie 4,1-4,5 miliona mas Słońca . Tempo akrecji SMBH jest zgodne z nieaktywnym jądrem galaktycznym, szacowanym na około1 × 10-5 M rocznie . _ Obserwacje wskazują, że w pobliżu centrum większości normalnych galaktyk znajdują się SMBH.

Natura poprzeczki Drogi Mlecznej jest przedmiotem aktywnych dyskusji, a szacunki jej połowy długości i orientacji obejmują od 1 do 5 kpc (3000-16 000 lat) i 10-50 stopni względem linii widzenia z Ziemi do Centrum Galaktyki. Niektórzy autorzy opowiadają się za tym, że Droga Mleczna składa się z dwóch odrębnych słupków, z których jeden jest umieszczony w drugim. Jednak gwiazdy typu RR Lyrae nie śledzą wyraźnej poprzeczki galaktycznej. Sztabka może być otoczona pierścieniem zwanym „pierścieniem 5 kpc”, który zawiera dużą część wodoru cząsteczkowego obecnego w Drodze Mlecznej, jak również większość aktywności gwiazdotwórczej Drogi Mlecznej . Oglądana z Galaktyki Andromedy byłaby najjaśnizą cechą Drogi Mlecznej. Emisja promieniowania rentgenowskiego z jądra jest zrównana z masywnymi gwiazdami otaczającymi środkową poprzeczkę i grzbiet galaktyczny .

Promienie gamma i promienie rentgenowskie

Od 1970 r. różne misje wykrywania promieniowania gamma odkryły promieniowanie gamma o energii 511 keV pochodzące z ogólnego kierunku centrum galaktyki. Te promienie gamma są wytwarzane przez pozytony (antyelektrony) anihilujące z elektronami . W 2008 roku odkryto, że rozkład źródeł promieni gamma przypomina rozkład binarnych promieni rentgenowskich o małej masie, co wydaje się wskazywać, że te binarne promienie X wysyłają pozytony (i elektrony) w przestrzeń międzygwiazdową, gdzie spowalniają i unicestwić. Obserwacje zostały wykonane przez satelity NASA i ESA . W 1970 roku detektory promieniowania gamma odkryły, że obszar emitujący ma około 10 000 lat świetlnych średnicy i jasność około 10 000 słońc.

Ilustracja dwóch gigantycznych bąbelków rentgenowskich / gamma (niebiesko-fioletowych) Drogi Mlecznej (w środku)

W 2010 roku na północ i południe od jądra Drogi Mlecznej wykryto dwa gigantyczne sferyczne bąble o wysokiej energii promieniowania gamma, korzystając z danych z Kosmicznego Teleskopu Fermiego . Średnica każdego z bąbelków wynosi około 25 000 lat świetlnych (7,7 kpc) (lub około 1/4 szacowanej średnicy galaktyki); ciągną się do Grus i do Panny na nocnym niebie półkuli południowej. Następnie obserwacje za pomocą Teleskopu Parkesa na częstotliwościach radiowych zidentyfikowały spolaryzowaną emisję związaną z bąbelkami Fermiego. Obserwacje te najlepiej interpretować jako namagnesowany wypływ napędzany formowaniem się gwiazd w centralnym 640 lat (200 pc) Drogi Mlecznej.

Później, 5 stycznia 2015 r., NASA poinformowała o obserwowaniu rozbłysku rentgenowskiego 400 razy jaśnizego niż zwykle, rekordowego, z Sagittarius A*. Niezwykłe zdarzenie mogło być spowodowane rozbiciem się asteroidy wpadającej do czarnej dziury lub splątaniem linii pola magnetycznego w gazie wpływającym do Sagittarius A*.

Ramiona spiralne

Poza grawitacyjnym wpływem poprzeczki Galaktyki, struktura ośrodka międzygwiazdowego i gwiazd w dysku Drogi Mlecznej jest zorganizowana w cztery ramiona spiralne. Ramiona spiralne zazwyczaj zawierają większą gęstość międzygwiazdowego gazu i pyłu niż średnia w Galaktyce, a także większe zagęszczenie formowania się gwiazd, co potwierdzają regiony H II i obłoki molekularne .

Spiralna struktura Drogi Mlecznej jest niepewna i obecnie nie ma zgody co do charakteru ramion Drogi Mlecznej. Idealne spiralne układy logarytmiczne tylko z grubsza opisują cechy w pobliżu Słońca, ponieważ galaktyki zwykle mają ramiona, które rozgałęziają się, łączą, niespodziewanie skręcają i wykazują pewien stopień nieregularności. Możliwy scenariusz Słońca w ramieniu ostrogi / Lokalny podkreśla ten punkt i wskazuje, że takie cechy prawdopodobnie nie są wyjątkowe i istnieją w innych micach Drogi Mlecznej. Szacunki kąta nachylenia ramion wahają się od około 7° do 25°. Uważa się, że istnieją cztery ramiona spiralne, które zaczynają się w pobliżu centrum Drogi Mlecznej. Są one nazwane w następujący sposób, z pozycjami ramion pokazanymi na poniższym obrazku:

Obserwowana (linie normalne) i ekstrapolowana (linie kropkowane) struktura ramion spiralnych Drogi Mlecznej, oglądana z północy galaktyki – na tym widoku galaktyka obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Szare linie promieniujące z pozycji Słońca (górny środek) wymieniają trzyliterowe skróty odpowiednich konstelacji
Kolor Ramiona)
turkus W pobliżu ramienia 3 kpc i ramienia Perseusza
niebieski Norma i ramię zewnętrzne (wraz z przedłużeniem odkrytym w 2004 r.)
Zielony Ramię Tarcza-Centaurus
czerwony Ramię Carina-Strzelec
Istnieją co najmniej dwa mnize ramiona lub ostrogi, w tym:
Pomarańczowy Orion-Cygnus Arm (zawierające Słońce i Układ Słoneczny)
Spitzer ujawnia to, czego nie można zobaczyć w świetle widzialnym: chłodnize gwiazdy (niebieski), podgrzany pył (odcień czerwonawy) i Sgr A* jako jasną białą plamę pośrodku.
Artystyczna koncepcja spiralnej struktury Drogi Mlecznej z dwoma głównymi ramionami gwiezdnymi i poprzeczką.

Dwa ramiona spiralne, ramię Scutum-Centaurus i ramię Carina-Sagittarius, mają punkty styczne wewnątrz orbity Słońca wokół centrum Drogi Mlecznej. Jeśli te ramiona zawierają nadmierne zagęszczenie gwiazd w porównaniu do średniej gęstości gwiazd w dysku galaktycznym, można to wykryć, licząc gwiazdy w pobliżu punktu stycznej. Dwa badania światła bliskiej podczerwieni, które jest wrażliwe głównie na czerwone olbrzymy i nie ma wpływu na wymieranie pyłu, wykryły przewidywaną nadwyżkę w ramieniu Tarcza-Centaurus, ale nie w ramieniu Carina-Sagittarius: Ramię Tarcza-Centaurus zawiera około 30% więcej czerwonych olbrzymów, niż można by się spodziewać w przypadku braku ramienia spiralnego. Ta obserwacja sugeruje, że Droga Mleczna posiada tylko dwa główne ramiona gwiazd: ramię Perseusza i ramię Tarcza-Centaurus. Reszta ramion zawiera nadmiar gazu, ale nie nadmiar starych gwiazd. W grudniu 2013 roku astronomowie odkryli, że rozmieszczenie młodych gwiazd i obszarów gwiazdotwórczych odpowiada czteroramiennemu spiralnemu opisowi Drogi Mlecznej. Tak więc, wydaje się, że Droga Mleczna ma dwa ramiona spiralne śledzone przez stare gwiazdy i cztery ramiona spiralne śledzone przez gaz i młode gwiazdy. Wyjaśnienie tej pozornej rozbieżności jest niejasne.

Gromady wykryte przez WISE służyły do ​​śledzenia ramion spiralnych Drogi Mlecznej.

Ramię o blisko 3 kpc (zwane również rozszerzającym ramieniem 3 kpc lub po prostu ramieniem 3 kpc ) zostało odkryte w latach pięćdziesiątych przez astronoma van Woerdena i jego współpracowników poprzez 21-centymetrowe pomiary radiowe H I ( wodór atomowy ). Stwierdzono, że oddala się od centralnego wybrzuszenia z prędkością ponad 50 km/s . Znajduje się w czwartym kwadrancie galaktycznym w odległości około 5,2 kpc od Słońca i 3,3 kpc od Centrum Galaktyki . Ramię Far 3 kpc zostało odkryte w 2008 roku przez astronoma Toma Dame (Harvard–Smithsonian CfA). Znajduje się w pierwszym kwadrancie galaktycznym w odległości 3 kpc (około 10 000 ly ) od Centrum Galaktyki.

Symulacja opublikowana w 2011 roku sugerowała, że ​​Droga Mleczna mogła otrzymać swoją strukturę ramienia spiralnego w wyniku powtarzających się kolizji z karłowatą galaktyką eliptyczną Strzelca .

Sugerowano, że Droga Mleczna zawiera dwa różne wzory spiralne: wewnętrzny, utworzony przez szybko obracające się ramię Strzelca oraz zewnętrzny, utworzony przez ramiona Carina i Perseus, których prędkość obrotu jest mniza, a ramiona ciasne rana. W tym scenariuszu, sugerowanym przez symulacje numeryczne dynamiki różnych ramion spiralnych, zewnętrzny wzór utworzyłby zewnętrzny pseudopierścień, a oba wzory byłyby połączone ramieniem Łabędzia.

Długi włóknisty obłok molekularny nazwany „Nessie” prawdopodobnie tworzy gęsty „kręgosłup” ramienia Tarcza-Centarus

Poza głównymi ramionami spiralnymi znajduje się Pierścień Jednorożca (lub Pierścień Zewnętrzny), pierścień gazu i gwiazd wyrwanych z innych galaktyk miliardy lat temu. Jednak kilku członków społeczności naukowej potwierdziło niedawno swoje stanowisko, twierdząc, że struktura Monoceros jest niczym innym jak nadmierną gęstością wytworzoną przez rozkloszowany i wypaczony gruby dysk Drogi Mlecznej. Struktura dysku Drogi Mlecznej jest zakrzywiona wzdłuż krzywej „S” .

Aureola

Dysk galaktyczny otoczony jest sferoidalnym halo starych gwiazd i gromad kulistych, z których 90% znajduje się w promieniu 100 000 lat świetlnych (30 kpc) od Centrum Galaktyki. Jednak kilka gromad kulistych zostało znalezionych dalej, takich jak PAL 4 i AM 1 w odległości ponad 200 000 lat świetlnych od Centrum Galaktyki. Około 40% gromad Drogi Mlecznej znajduje się na orbitach wstecznych, co oznacza, że ​​poruszają się w kierunku przeciwnym do rotacji Drogi Mlecznej. Gromady kuliste mogą podążać orbitami rozetowymi wokół Drogi Mlecznej, w przeciwieństwie do eliptycznej orbity planety wokół gwiazdy.

Chociaż dysk zawiera pył, który przesłania widok na niektórych długościach fal, komponent halo nie. Aktywne formowanie się gwiazd ma mice w dysku (zwłaszcza w ramionach spiralnych, które reprezentują obszary o dużej gęstości), ale nie ma mica w halo, ponieważ jest mało chłodnego gazu, który mógłby zapaść się w gwiazdy. Klastry otwarte również znajdują się głównie na dysku.

Odkrycia na początku XXI wieku dodały wymiaru wiedzy o strukturze Drogi Mlecznej. Wraz z odkryciem, że dysk Galaktyki Andromedy (M31) rozciąga się znacznie dalej niż wcześniej sądzono, możliwość dalszego rozszerzania się dysku Drogi Mlecznej jest oczywista, co jest poparte dowodami z odkrycia przedłużenia ramienia zewnętrznego Łabędzia i podobnego przedłużenia ramienia Tarcza-Centaurus . Wraz z odkryciem karłowatej galaktyki eliptycznej Strzelca odkryto wstęgę galaktycznych szczątków, gdy polarna orbita karła i jego interakcja z Drogą Mleczną rozrywają go na strzępy. Podobnie, wraz z odkryciem Galaktyki Karłowatej Wielkiego Psa, odkryto, że pierścień galaktycznych szczątków z interakcji z Drogą Mleczną otacza dysk galaktyczny.

Przegląd nieba północnego Sloan Digital Sky Survey pokazuje ogromną i rozproszoną strukturę (rozciągniętą na obszarze około 5000 razy większym od księżyca w pełni) w Drodze Mlecznej, która wydaje się nie pasować do obecnych modeli. Zbiór gwiazd wznosi się niemal prostopadle do płaszczyzny ramion spiralnych Drogi Mlecznej. Proponowana prawdopodobna interpretacja jest taka, że ​​galaktyka karłowata łączy się z Drogą Mleczną. Galaktyka ta jest wstępnie nazwana Strumieniem Gwiezdnym Panny i znajduje się w kierunku Panny około 30 000 lat świetlnych (9 kpc) od nas.

Halo gazowe

Oprócz gwiezdnego halo, Obserwatorium Rentgenowskie Chandra, XMM-Newton i Suzaku dostarczyły dowodów na istnienie halo gazowego z dużą ilością gorącego gazu. Halo rozciąga się na setki tysięcy lat świetlnych, znacznie dalej niż halo gwiezdne i blisko odległości Wielkiego i Małego Obłoku Magellana . Masa tego gorącego halo jest prawie równa masie samej Drogi Mlecznej. Temperatura tego gazu halo wynosi od 1 do 2,5 miliona K (1,8 do 4,5 miliona ° F).

Obserwacje odległych galaktyk wskazują, że Wszechświat miał około jednej szóstej ilości materii barionowej (zwykłej) niż ciemnej materii, gdy miał zaledwie kilka miliardów lat. Jednak tylko około połowa tych barionów znajduje się we współczesnym Wszechświecie na podstawie obserwacji pobliskich galaktyk, takich jak Droga Mleczna. Jeśli potwierdzi się odkrycie, że masa halo jest porównywalna z masą Drogi Mlecznej, może to być tożsamość brakujących barionów wokół Drogi Mlecznej.

Galaktyczna rotacja

Krzywa rotacji galaktyki dla Drogi Mlecznej – oś pionowa to prędkość rotacji wokół centrum galaktyki; oś pozioma to odległość od centrum galaktyki w kszt; słońce jest zaznaczone żółtą kulką; obserwowana krzywa prędkości obrotowej jest niebieska; przewidywana krzywa oparta na masie gwiazdy i gazie w Drodze Mlecznej jest czerwona; rozrzut w obserwacjach z grubsza zaznaczony szarymi słupkami, różnica wynika z ciemnej materii

Gwiazdy i gaz w Drodze Mlecznej obracają się w różny sposób wokół jej środka, co oznacza, że ​​okres rotacji zmienia się w zależności od lokalizacji. Jak to jest typowe dla galaktyk spiralnych, prędkość orbitalna większości gwiazd w Drodze Mlecznej nie zależy silnie od ich odległości od centrum. Z dala od centralnego wybrzuszenia lub zewnętrznego obrzeża typowa prędkość orbitalna gwiazdy wynosi 210 ± 10 km/s (470000 ± 22 000 mil na godzinę). Stąd okres orbitalny typowej gwiazdy jest wprost proporcjonalny tylko do długości przebytej drogi. Inaczej jest w Układzie Słonecznym, gdzie dominuje dynamika grawitacyjna dwóch ciał, a różne orbity mają znacząco różne prędkości z nimi związane. Krzywa obrotu (pokazana na rysunku) opisuje ten obrót. W pobliżu centrum Drogi Mlecznej prędkości orbitalne są zbyt niskie, podczas gdy powyżej 7 tys. sztuk prędkości są zbyt wysokie, aby odpowiadały temu, czego można by oczekiwać od uniwersalnego prawa grawitacji.

Gdyby Droga Mleczna zawierała tylko masę obserwowaną w gwiazdach, gazie i innej materii barionowej (zwykłej), prędkość obrotowa zmnizałaby się wraz z odległością od środka. Jednak obserwowana krzywa jest stosunkowo płaska, co wskazuje na dodatkową masę, której nie można wykryć bezpośrednio za pomocą promieniowania elektromagnetycznego. Ta niespójność przypisywana jest ciemnej materii. Krzywa rotacji Drogi Mlecznej zgadza się z uniwersalną krzywą rotacji galaktyk spiralnych, najlepszym dowodem na istnienie ciemnej materii w galaktykach. Alternatywnie, mnizość astronomów proponuje, że modyfikacja prawa grawitacji może wyjaśnić obserwowaną krzywą rotacji.

Tworzenie

Historia

Droga Mleczna rozpoczęła się jako jedna lub kilka małych przegęszczeń w rozkładzie masy we Wszechświecie wkrótce po Wielkim Wybuchu . Niektóre z tych nadmiernie zagęszczonych były zarodkami gromad kulistych, w których powstały ntarsze pozostałe gwiazdy na obszarze dzisizej Drogi Mlecznej. Prawie połowa materii w Drodze Mlecznej mogła pochodzić z innych odległych galaktyk. Niemniej jednak te gwiazdy i gromady tworzą teraz gwiezdne halo Drogi Mlecznej. W ciągu kilku miliardów lat od narodzin pierwszych gwiazd masa Drogi Mlecznej była na tyle duża, że ​​wirowała stosunkowo szybko. Ze względu na zachowanie momentu pędu spowodowało to zapadnięcie się gazowego ośrodka międzygwiazdowego z mniej więcej kulistego kształtu w dysk. Dlatego późnize generacje gwiazd utworzyły się w tym spiralnym dysku. Obserwuje się, że w dysku znajduje się większość młodszych gwiazd, w tym Słońce.

Odkąd zaczęły się formować pierwsze gwiazdy, Droga Mleczna rozrosła się poprzez łączenie się galaktyk (szczególnie na początku rozwoju Drogi Mlecznej) i akrecję gazu bezpośrednio z halo galaktycznego. Droga Mleczna akreuje obecnie materię z kilku małych galaktyk, w tym dwóch z jej największych galaktyk satelitarnych, Wielkiego i Małego Obłoku Magellana, poprzez Strumień Magellana . Bezpośrednią akrecję gazu obserwuje się w obłokach o dużej prędkości, takich jak Obłok Smitha . Symulacje kosmologiczne wskazują, że 11 miliardów lat temu połączył się ze szczególnie dużą galaktyką, którą nazwano Krakenem . Jednak właściwości Drogi Mlecznej, takie jak masa gwiazdowa, moment pędu i metaliczność w jej najbardziej oddalonych obszarach, sugerują, że nie doszło do połączenia z dużymi galaktykami w ciągu ostatnich 10 miliardów lat. Ten brak ostatnich dużych fuzji jest niezwykły wśród podobnych galaktyk spiralnych; jej sąsiad, Galaktyka Andromedy, wydaje się mieć bardziej typową historię ukształtowaną przez nowsze fuzje ze stosunkowo dużymi galaktykami.

Zgodnie z ostatnimi badaniami, Droga Mleczna oraz Galaktyka Andromedy leżą w tym, co na diagramie kolorów galaktyki jest znane jako „zielona dolina”, region zamieszkały przez galaktyki w okresie przejściowym z „niebieskiego obłoku” (galaktyki aktywnie formujące się). nowe gwiazdy) do „sekwencji czerwonej” (galaktyki, w których brakuje formowania się gwiazd). Aktywność formowania się gwiazd w zielonych dolinach galaktyk spowalnia, ponieważ w ośrodku międzygwiazdowym wyczerpuje się gaz do formowania się gwiazd. W symulowanych galaktykach o podobnych właściwościach formowanie się gwiazd zostanie zazwyczaj wygaszone w ciągu około pięciu miliardów lat, nawet biorąc pod uwagę oczekiwany, krótkoterminowy wzrost tempa powstawania gwiazd z powodu zderzenia Drogi Mlecznej z Andromedą. Galaktyka. W rzeczywistości pomiary innych galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej sugerują, że jest to jedna z najbardziej czerwonych i najjaśnizych galaktyk spiralnych, które wciąż tworzą nowe gwiazdy i jest tylko nieco bardziej niebieska niż najbardziej niebieskie galaktyki w sekwencji czerwonej.

Wiek i historia kosmologiczna

Porównanie nocnego nieba z nocnym niebem hipotetycznej planety w Drodze Mlecznej 10 miliardów lat temu, w wieku około 3,6 miliarda lat i 5 miliardów lat przed uformowaniem się Słońca.

Gromady kuliste to jedne z ntarszych obiektów w Drodze Mlecznej, które w ten sposób wyznaczają dolną granicę wieku Drogi Mlecznej. Wiek poszczególnych gwiazd w Drodze Mlecznej można oszacować, mierząc obfitość długożyciowych pierwiastków promieniotwórczych, takich jak tor-232 i uran-238, a następnie porównując wyniki z szacunkami ich pierwotnej liczebności, techniką zwaną nukleokosmochronologią . Te wartości wydajności wynoszą około 12,5 ± 3 miliardy lat dla CS 31082-001 i 13,8 ± 4 miliardy lat dla BD +17° 3248 . Po uformowaniu białego karła zaczyna ulegać chłodzeniu radiacyjnemu, a temperatura powierzchni stale spada. Mierząc temperatury najchłodnizych z tych białych karłów i porównując je z ich oczekiwaną temperaturą początkową, można oszacować wiek. Dzięki tej technice wiek gromady kulistej M4 oszacowano na 12,7 ± 0,7 miliarda lat . Szacunki wieku ntarszych z tych klastrów dają najlepsze dopasowanie oszacowania na 12,6 miliarda lat i 95% górną granicę ufności wynoszącą 16 miliardów lat.

W listopadzie 2018 roku astronomowie poinformowali o odkryciu jednej z ntarszych gwiazd we wszechświecie . Licząca około 13,5 miliarda lat 2MASS J18082002-5104378 B to maleńka gwiazda ultra metal-uaor (UMP) wykonana prawie w całości z materiałów uwolnionych podczas Wielkiego Wybuchu i prawdopodobnie jest jedną z pierwszych gwiazd. Odkrycie gwiazdy w Drodze Mlecznej sugeruje, że galaktyka może być co najmniej 3 miliardy lat starsza niż wcześniej sądzono.

W halo Drogi Mlecznej znaleziono kilka pojedynczych gwiazd, których wiek zmierzony był bardzo blisko 13,80 miliarda lat Wszechświata . W 2007 roku gwiazda w galaktycznym halo, HE 1523-0901, miała około 13,2 miliarda lat. Jako ntarszy znany obiekt w Drodze Mlecznej w tym czasie, pomiar ten umieścił dolną granicę wieku Drogi Mlecznej. Oszacowanie to zostało wykonane przy użyciu spektrografu UV-Visual Echelle z Bardzo Dużego Teleskopu do pomiaru względnej siły linii widmowych spowodowanych obecnością toru i innych pierwiastków wytworzonych w procesie R. Natężenia linii dają obfitość różnych izotopów pierwiastków, z których można oszacować wiek gwiazdy przy użyciu nukleokosmochronologii . Inna gwiazda, HD 140283, ma 14,5 ± 0,7 miliarda lat.

Zgodnie z obserwacjami wykorzystującymi optykę adaptatywną do korygowania zniekształceń atmosferycznych na Ziemi, wybrzuszenie gwiazd w galaktyce datuje się na około 12,8 miliarda lat.

Wiek gwiazd w cienkim dysku galaktycznym został również oszacowany za pomocą nukleokosmochronologii. Pomiary gwiazd o cienkim dysku dają oszacowanie, że cienki dysk uformował się 8,8 ± 1,7 miliarda lat temu. Pomiary te sugerują, że między powstaniem galaktycznego halo a cienkim dyskiem nastąpiła przerwa trwająca prawie 5 miliardów lat . Niedawna analiza sygnatur chemicznych tysięcy gwiazd sugeruje, że formowanie się gwiazd mogło spaść o rząd wielkości w czasie formowania się dysku, 10 do 8 miliardów lat temu, kiedy gaz międzygwiazdowy był zbyt gorący, aby tworzyć nowe gwiazdy w tym samym tempie jak wcześniej.

Galaktyki satelitarne otaczające Drogę Mleczną nie są rozmieszczone losowo, ale wydają się być wynikiem rozpadu jakiegoś większego systemu, tworzącego strukturę pierścieniową o średnicy 500 000 lat świetlnych i szerokości 50 000 lat świetlnych. Bliskie spotkania galaktyk, takie jak spodziewane za 4 miliardy lat z Galaktyką Andromedy, odrywają ogromne warkocze gazu, które z czasem mogą się łączyć, tworząc galaktyki karłowate w pierścieniu pod dowolnym kątem do głównego dysku.

Dzielnica międzygalaktyczna

Schemat galaktyk w Grupie Lokalnej względem Drogi Mlecznej
Stanowisko Grupy Lokalnej w supergromadzie Laniakea

Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy to układ podwójny gigantycznych galaktyk spiralnych należących do grupy 50 blisko związanych galaktyk, znanych jako Grupa Lokalna, otoczonych przez Lokalną Pustę, która z kolei jest częścią Lokalnego Arkusza i z kolei Supergromady w Pannie . Wokół Supergromady w Pannie znajduje się wiele pustych przestrzeni, pozbawionych wielu galaktyk, Pustka Mikroskopowa na „północy”, Pustka Rzeźbiarza po „lewej”, Pustka Wolarza po „prawej” i Pustka Główna z Laski południe". Pustki te z czasem zmieniają kształt, tworząc nitkowate struktury galaktyk. Na przykład Supergromada w Pannie jest przyciągana w stronę Wielkiego Atraktora, który z kolei stanowi część większej struktury, zwanej Laniakea .

Dwie mnize galaktyki i wiele galaktyk karłowatych w Grupie Lokalnej krążą wokół Drogi Mlecznej. Największym z nich jest Wielki Obłok Magellana o średnicy 14 000 lat świetlnych. Ma bliskiego towarzysza, Mały Obłok Magellana . Strumień Magellana to strumień neutralnego wodoru, który rozciąga się z tych dwóch małych galaktyk na 100° nieba. Uważa się, że strumień został wyciągnięty z Obłoków Magellana w interakcjach pływowych z Drogą Mleczną. Niektóre z galaktyk karłowatych krążących wokół Drogi Mlecznej to Canis Major Dwarf (najbliższa), Sagittarius Dwarf Eliptical Galaxy, Ursa Minor Dwarf, Sculptor Dwarf, Sextans Dwarf, Fornax Dwarf i Leo I Dwarf . Najmnize galaktyki karłowate Drogi Mlecznej mają tylko 500 lat świetlnych średnicy. Należą do nich Carina Dwarf, Draco Dwarf i Leo II Dwarf . Nadal mogą istnieć niewykryte galaktyki karłowate, które są dynamicznie związane z Drogą Mleczną, co jest poparte wykryciem dziewięciu nowych satelitów Drogi Mlecznej na stosunkowo niewielkim skrawku nocnego nieba w 2015 roku. Istnieje również kilka galaktyk karłowatych, które zostały już wchłonięte przez Drogę Mleczną, jak protoplasta Omega Centauri .

W 2014 roku naukowcy poinformowali, że większość galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej leży w bardzo dużym dysku i orbituje w tym samym kierunku. Było to zaskoczeniem: zgodnie ze standardową kosmologią galaktyki satelitarne powinny tworzyć halo ciemnej materii, powinny być szeroko rozrzucone i poruszać się w losowych kierunkach. Ta rozbieżność wciąż nie jest w pełni wyjaśniona.

W styczniu 2006 roku naukowcy poinformowali, że niewyjaśnione dotąd wypaczenie w dysku Drogi Mlecznej zostało teraz zmapowane i okazało się, że jest to fala lub wibracja wywołana przez Wielki i Mały Obłok Magellana, gdy krążą wokół Drogi Mlecznej, powodując wibracje, gdy przejść przez jego krawędzie. Wcześniej te dwie galaktyki, mające około 2% masy Drogi Mlecznej, uważano za zbyt małe, aby wpłynąć na Drogę Mleczną. Jednak w modelu komputerowym ruch tych dwóch galaktyk tworzy ślad ciemnej materii, który wzmacnia ich wpływ na większą Drogę Mleczną.

Aktualne pomiary sugerują, że Galaktyka Andromedy zbliża się do nas z prędkością od 100 do 140 km/s (220 000 do 310 000 mph). Za 3 do 4 miliardów lat może nastąpić zderzenie Andromedy z Drogą Mleczną, w zależności od znaczenia nieznanych składników bocznych we względnym ruchu galaktyk. Jeśli się zderzą, prawdopodobieństwo zderzenia się pojedynczych gwiazd jest niezwykle niskie, ale zamiast tego dwie galaktyki połączą się, tworząc pojedynczą galaktykę eliptyczną lub być może dużą galaktykę dyskową w ciągu około miliarda lat.

Prędkość

Chociaż szczególna teoria względności stwierdza, że ​​nie ma „preferowanego” inercyjnego układu odniesienia w przestrzeni, z którym można porównać Drogę Mleczną, Droga Mleczna ma prędkość w odniesieniu do kosmologicznych układów odniesienia .

Jednym z takich punktów odniesienia jest przepływ Hubble'a, pozorny ruch gromad galaktyk spowodowany rozszerzaniem się przestrzeni kosmicznej . Poszczególne galaktyki, w tym Droga Mleczna, mają szczególne prędkości w stosunku do średniego przepływu. Tak więc, aby porównać Drogę Mleczną z przepływem Hubble'a, należy wziąć pod uwagę objętość na tyle dużą, aby ekspansja Wszechświata dominowała nad lokalnymi, przypadkowymi ruchami. Wystarczająco duża objętość oznacza, że ​​średni ruch galaktyk w tej objętości jest równy przepływowi Hubble'a. Astronomowie uważają, że Droga Mleczna porusza się z prędkością około 630 km/s (1 400 000 mph) w odniesieniu do tego lokalnego współruchu układu odniesienia. Droga Mleczna porusza się w ogólnym kierunku Wielkiego Atraktora i innych gromad galaktyk, w tym supergromady Shapley, znajdującej się za nią. Grupa Lokalna (gromada związanych grawitacyjnie galaktyk zawierających m.in. Drogę Mleczną i Galaktykę Andromedy) jest częścią supergromady zwanej Supergromadą Lokalną, wyśrodkowaną w pobliżu Gromady w Pannie : chociaż oddalają się od siebie o 967 km /s (2160 000 mil na godzinę) jako część przepływu Hubble'a, prędkość ta jest mniza niż można by się spodziewać, biorąc pod uwagę odległość 16,8 miliona pc z powodu przyciągania grawitacyjnego między Grupą Lokalną a Gromadą w Pannie.

Inną ramkę odniesienia zapewnia kosmiczne mikrofalowe tło (CMB). Droga Mleczna porusza się z prędkością 552 ± 6 km/s (1 235 000 ± 13 000 mph) w odniesieniu do fotonów CMB, w kierunku 10,5 rektascensji, deklinacji -24° ( epoka J2000, w pobliżu centrum Hydry ). Ruch ten jest obserwowany przez satelity, takie jak Cosmic Background Explorer (COBE) i Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) jako wkład dipolowy do CMB, ponieważ fotony w równowadze w kadrze CMB zostają przesunięte na niebiesko w kierunku ruchu i przesunięte ku czerwieni w przeciwnym kierunku.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Dalsze czytanie

Zewnętrzne linki