Галактик легче 10 миллионов масс Солнца не бывает


Сколько весит Млечный Путь?

Обработав новые данные наблюдений за пятьюдесятью карликовыми галактиками — спутниками Млечного Пути, группа астрофизиков из Великобритании и США дала новую оценку массы нашей галактики. Согласно этой новой оценке, на видимую материю — звезды, облака межзвездного газа и пыли, приходится всего 15% массы Млечного Пути, все остальное — темная материя, распределенная по периферии — в гало галактики.

Галактики находятся в постоянном движении; когда они сталкиваются друг с другом, образуются новые, более массивные галактики. Наш ближайших галактический сосед, Андромеда, летит в сторону Млечного Пути со скоростью 110 км/с, столкновение должно начаться через 4,5 миллиарда лет. По мере движения через космическое пространство большие галактики притягивают скопления звезд поменьше, которые занимают орбиты и сопровождают большие галактики примерно так же, как планеты вращаются вокруг звезд, а спутники — вокруг планет и меньших космических тел. Динамика всех участников космического движения определяется массой, расстоянием и ускорением. Наблюдая вращение галактик-спутников Млечного Пути, астрофизики расчитывают характер движения и массу последнего; других способов сделать это нет, поскольку мы не можем наблюдать собственную галактику со стороны.

В отличие от других исследователей, вычислявших массу Млечного Пути, авторы новой работы отталкивались не от скорости движения галактик-спутников и изменения их положения относительно Земли, а от момента импульса — физической величины, которую определяют расстояния между объектами и их скорость. Галактики-спутники вращаются по эллиптическим орбитам, ускоряясь на участках, расположенных ближе к центру Млечного Пути, и замедляясь по мере удаления. В отличие от скорости движения по орбите, момент импульса не меняется, поэтому авторы работы полагают, что их оценка может быть точнее предыдущих. Дополнительно уточнить массу нашей галактики можно будет, когда поступят новые данные от новых приборов; астрофизики возлагают большие надежды на космическую обсерваторию Gaia, четыре года назад вышедшую на расчетную орбиту и LSST (Large Synoptic Survey Telescope, Большой Обзорный Телескоп).

Масса галактики, по новой оценке, составляет 0,96 триллиона масс Солнца; другие оценки давали и больше, и меньше — от 700 миллиардов до двух триллионов солнечных масс; подтвердились старые расчеты, говорящие о том, что ближайшая к нам галактика Андромеды массивнее нашей. Новую оценку проверили на компьютерной модели — симуляции Вселенной, состоящей из 20 тысяч галактик, напоминающих нашу, и еще 90 тысяч галактик-спутников, которые вращаются вокруг них.

Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Новая оценка массы Млечного пути: 1,54 триллиона Солнц

  • Всего0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0

Млечный путь содержит приблизительно 200 миллиардов звезд. Но это только вершина айсберга – наша Галактика содержит огромное количество неизвестного материала, называемого темной материей. Астрономы знают, что он существует, потому что, динамически, Млечный Путь разлетелся бы на части, если бы темная материя не сдерживала бы его с помощью “гравитационного замка”.

Тем не менее, астрономы хотели бы иметь точную оценку массы Галактики, чтобы лучше понять, как формируется и развивается множество галактик по всей Вселенной. Команда исследователей из ESO, Центра астрофизических наук при Университете Джона Хопкинса и Кембриджского университета объединила наблюдения космического телескопа Хаббла NASA / ESA и спутника Gaia ESA для изучения движений шаровых звездных скоплений, которые вращаются в нашей галактике.

Чем быстрее скопления движутся под гравитационным притяжением всей Галактики, тем они массивнее. Команда ученых пришла к выводу, что Млечный Путь имеет массу 1,54 триллиона солнечных масс, большая часть которой заключена в темную материю.

Масса самых легких галактик составляют около миллиарда солнечных масс, а самые тяжелые – весят 30 триллионов, или в 30 000 раз больше. Масса Млечного Пути в 1,5 триллиона солнечных масс вполне нормальна для галактики своей яркости.

Предыдущие оценки массы Млечного Пути колебались от 500 миллиардов до 3 триллионов солнечных масс. Эта огромная неопределенность возникла главным образом из-за различных методов измерения распределения темной материи, которая составляет около 90% массы Галактики.

«Мы просто не можем обнаружить темную материю напрямую. Вот что приводит к нынешней неопределенности в массе Млечного Пути – вы не можете точно измерить то, что вы не видите», – сказала Лаура Уоткинс, астроном из ESO.

Смотрите также

Астрофизика

Неожиданная молекула найдена в атмосфере экзопланеты

8.07.2020

Астрофизика

Умирающие звезды рождают новую жизнь

6.07.2020

Учитывая неуловимую природу темной материи, команде астрономов пришлось использовать умный метод для “взвешивания” Млечного Пути, который основывался на измерении скоростей шаровых скоплений – плотных звездных скоплений, которые вращаются вокруг спирального диска Галактики на больших расстояниях.

«Чем массивнее галактика, тем быстрее ее скопления движутся под действием силы тяжести», – сказал доктор Н. Вин Эванс из Кембриджского университета.

«Большинство предыдущих измерений обнаружили скорость, с которой скопление приближается или удаляется от Земли, то есть скорость вдоль линии обзора. Однако мы также смогли измерить боковое движение скоплений, из которого можно рассчитать общую скорость и, следовательно, галактическую массу».

Ученые использовали второй выпуск данных Гайи – который включает измерения шаровых скоплений на расстоянии 65 000 световых лет от Земли – в качестве основы для своего исследования.

Шаровые скопления простираются на большое расстояние, поэтому они считаются лучшими трассерами, которые астрономы используют для измерения массы нашей Галактики. Наблюдения от Хаббла позволили добавить к исследованию слабые и отдаленные шаровые скопления на расстоянии до 130 000 световых лет от Земли. Поскольку Хаббл наблюдал за некоторыми из этих объектов в течение десятилетия, оказалось возможным точно отслеживать скорости этих скоплений.

“Нам повезло, что у нас была такая отличная комбинация данных. Объединив измерения Gaia для 34 шаровых скоплений с измерениями еще 12 отдаленных скоплений от Хаббла, мы смогли определить массу Млечного пути так, как это было бы невозможно без этих двух космических телескопов” – говорят ученые.

Laura L. Watkins et al. 2020. Evidence for an Intermediate-Mass Milky Way from Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions. ApJ, in press; arXiv: 1804.11348

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Структура

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 тысяч световых лет[17].

Галактика содержит, по современной оценке, от 200 миллиардов до 400 миллиардов звёзд. Их основная масса расположена в форме плоского диска. В Галактике Млечный Путь также находится от 25 миллиардов до 100 миллиардов коричневых карликов[18].

По состоянию на январь 2009, масса Галактики оценивается в 3·1012 масс Солнца[19], или 6·1042 кг. Оценка, опубликованная в мае 2016 года астрофизиками из Канады, определяет массу Галактики всего в 7·1011 масс Солнца[20]. Бо́льшая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи.

Диск

Лишь в 1980-х годах астрономы высказали предположение, что Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой[21], 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[22].

По оценкам учёных, галактический диск, выдающийся в разные стороны в районе галактического центра, имеет диаметр около 100 000 световых лет[23]. 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.

Ядро

(англ. bulge —
утолщение
), составляющее около 8 тысяч парсек в поперечнике. Центр ядра Галактики находится в направлении Созвездия Стрельца (α = 265°, δ = −29°)[24][25]. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8,5 килопарсек (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☉[26]) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы[27] от 1000 до 10 000 M☉ и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших[28]. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям[27]. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своём ядре[29].

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. Таким образом, такое распределение скорости, не наблюдаемое в Солнечной системе, где различные орбиты имеют существенно различные скорости обращения, является одной из предпосылок к существованию тёмной материи.

Считается, что длина галактической перемычки составляет около 27 000 световых лет[21]. 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[30].

В 2020 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[31].

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[32].

Гало

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[35].

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.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: