Звезды и галактики: Лекция 2

Часть III: Галактики. Наблюдаемая часть Вселенной.

Галактиками называют крупные формирования звезд, газа, пыли, которые удерживаются вместе силами гравитации. Они отделены друг от друга межгалактическим пространствами, в которых плотность вещества намного ниже. Само название произошло от греческого названия нашей Галактики (в которую входит Солнечная система) - Млечный Путь. Собственно, земная наука рассматривает Млечный Путь как выделенную «единицу строения наблюдаемого мира» - ведь об этой галактике мы знаем намного больше, чем о других. Хотя это единственная галактика, на которую мы не можем посмотреть «со стороны», информации у нас достаточно, чтобы смоделировать ее изображение «снаружи». Она должна выглядеть как тонкий диск с радиусом примерно 85 тысяч световых лет и толщиной около тысячи световых лет, содержащий (по сегодняшним данным) до 400 млрд. звезд. Этот диск окружен гало - газопылевым облаком радиусом около 100 тысяч световых лет. В гало встречаются отдельные «старые» звезды и их скопления, которые не так сильно связаны с гравитационным полем Галактики. В центре Галактики находится сверхмассивный и сверхплотный объект - «астрофизическая черная дыра» Стрелец A* (Sgr A*). Его масса примерно в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Сам объект для нас невидим - мы наблюдаем свечение газа, вращающегося вокруг него, и это позволяет установить, что его радиус меньше 100 млн. км. Важно отметить, что гравитационный радиус объекта с такой массой (то есть расчетный радиус математической модели черной дыры в метрических теориях гравитации) примерно равен 15 млн. км. Это означает, что его плотность огромна - с точки зрения теоретиков она близка к максимальной плотности объекта таких размеров, которая возможна в нашем пространстве-времени. Гравитационное поле этого объекта существенно влияет на все объекты в нашей Галактике. Ближайшие звезды наблюдаются на расстояниях около 10 млрд. км от Стрельца А*, то есть радиусы орбит этих звезд вокруг него примерно в 100 раз больше радиуса орбиты Земли вокруг Солнца. Ближайшая к центру область Млечного Пути (ее называют ядром Галактики) довольно густо населена звездами: в шаре радиусом 20 тысяч световых лет находится примерно 25 \% всех звезд Галактики. От ядра по диску расходятся 5 спиральных рукавов (области с более плотным звездным населением, чем в других пространствах внутри диска): Лебедь, Орион (именно в нем находится Солнечная система), Центавр, Стрелец и Персей. Наш Орион - самый маленький: его длина примерно 11 тысяч световых лет, а толщина около 3,5 тысяч световых лет. Солнечная система находится на расстоянии чуть больше 27 тысяч световых лет от центра Галактики. В целом звезды в Галактике, особенно за пределами ядра, достаточно редки: например, расстояние от Солнца до ближайшей звезды (это маленькая и тусклая звезда Проксима Центавра) 4,24 световых года, то есть примерно в 270 тысяч раз больше радиуса орбиты Земли.

Структуры типа Млечного Пути называют спиральными галактиками, и это один из самых распространенных типов галактик (примерно 30 \% всех наблюдаемых «больших» галактик). Встречаются также эллиптические, линзовидные галактики и разнообразные «неправильные» галактики с более сложными формами, а также множество галактик-карликов. Есть галактики, невидимые в оптическом диапазоне, и астрофизики предполагают, что могут существовать темные галактики, вообще не излучающие электромагнитных волн. Некоторые из них можно заметить даже невооруженным глазом (или с помощью простых инструментов) в виде туманностей. Всего, по сегодняшним оценкам астрономов, наблюдается до 200 млрд. галактик, и их список по мере развитий технологий наблюдения, постоянно пополняется - астрономы даже не успевают их все классифицировать и регистрировать. Галактики в наблюдаемой части Вселенной (так называют область с радиусом около 13,7 млрд. световых лет, внутри которой находятся все наблюдаемые нами объекты; также используют название Метагалактика) распределены в целом довольно равномерно (если усреднить плотность светящегося вещества по областям такого размера, чтобы в каждую попадало порядка сотен тысяч или миллиона галактик, то их средние плотности будут близки), но, естественно, в этом распределении можно увидеть множество разнообразных структур.