Vår galax. Vintergatans mysterier
Till viss del vet vi mer om avlägsna stjärnsystem än om vår hemgalax – Vintergatan. Det är svårare att studera dess struktur än strukturen hos någon annan galax, eftersom den måste studeras inifrån, och många saker är inte så lätta att se. Interstellära dammmoln absorberar ljuset som sänds ut av myriader av avlägsna stjärnor.
Först med utvecklingen av radioastronomi och tillkomsten av infraröda teleskop kunde forskare förstå hur vår galax fungerar. Men många detaljer är fortfarande oklara än i dag. Även antalet stjärnor i Vintergatan uppskattas ganska grovt. De senaste elektroniska uppslagsböckerna ger siffror från 100 till 300 miljarder stjärnor.
För inte så länge sedan trodde man att vår galax har 4 stora armar. Men 2008 publicerade astronomer från University of Wisconsin resultaten av bearbetningen av cirka 800 000 infraröda bilder som togs av rymdteleskopet Spitzer. Deras analys visade att Vintergatan bara har två armar. Vad gäller de andra grenarna är de bara smala sidogrenar. Så Vintergatan är en spiralgalax med två armar. Det bör noteras att de flesta spiralgalaxer som är kända för oss också bara har två armar.
"Tack vare Spitzer-teleskopet har vi möjlighet att ompröva Vintergatans struktur", sa astronomen Robert Benjamin vid University of Wisconsin, vid en konferens av American Astronomical Society. "Vi förfinar vår förståelse av galaxen på samma sätt som för århundraden sedan, pionjärer, som reste runt om i världen, förfinade och omarbetade tidigare idéer om hur jorden ser ut."
Sedan början av 90-talet av 1900-talet har observationer som utförts i det infraröda området alltmer förändrat vår kunskap om Vintergatans struktur, eftersom infraröda teleskop gör det möjligt att titta genom gas- och dammmoln och se vad som är otillgängligt för konventionella teleskop .
2004 – Vår galaxs ålder uppskattades till 13,6 miljarder år. Den uppstod strax efter. Till en början var det en diffus gasbubbla som huvudsakligen innehöll väte och helium. Med tiden förvandlades den till den enorma spiralgalaxen som vi nu lever i.
generella egenskaper
Men hur fortsatte utvecklingen av vår galax? Hur bildades den - långsamt eller tvärtom väldigt snabbt? Hur blev det mättat med tunga element? Hur har formen på Vintergatan och dess kemiska sammansättning förändrats under miljarder år? Forskare har ännu inte ge detaljerade svar på dessa frågor.
Omfattningen av vår galax är cirka 100 000 ljusår, och den genomsnittliga tjockleken på den galaktiska skivan är cirka 3 000 ljusår (tjockleken på dess konvexa del, utbuktningen, når 16 000 ljusår). Men 2008 föreslog den australiensiska astronomen Brian Gensler, efter att ha analyserat resultaten av observationer av pulsarer, att den galaktiska skivan förmodligen är dubbelt så tjock som man brukar tro.
Är vår galax stor eller liten med kosmiska mått mätt? Som jämförelse är Andromeda-nebulosan, vår närmaste stora galax, cirka 150 000 ljusår i diameter.
I slutet av 2008 konstaterade forskare med radioastronomiska metoder att Vintergatan roterar snabbare än man tidigare trott. Att döma av denna indikator är dess massa ungefär en och en halv gånger högre än vad man allmänt trodde. Enligt olika uppskattningar varierar det från 1,0 till 1,9 biljoner solmassor. Återigen, för jämförelse: Andromeda-nebulosans massa uppskattas till minst 1,2 biljoner solmassor.
Galaxernas struktur
Svart hål
Så Vintergatan är inte sämre i storlek än Andromeda-nebulosan. "Vi borde inte längre tänka på vår galax som Andromeda-nebulosans lillasyster", säger astronomen Mark Reid från Smithsonian Center for Astrophysics vid Harvard University. Samtidigt, eftersom massan av vår galax är större än förväntat, är dess gravitationskraft också större, vilket gör att sannolikheten för att den kolliderar med andra galaxer i vår närhet ökar.
Vår galax omges av en sfärisk gloria som når en diameter på 165 000 ljusår. Astronomer kallar ibland halo för en "galaktisk atmosfär". Den innehåller cirka 150 klothopar, samt ett litet antal antika stjärnor. Resten av haloutrymmet är fyllt med förtärnad gas, såväl som mörk materia. Massan av den senare uppskattas till ungefär en biljon solmassor.
Vintergatans spiralarmar innehåller enorma mängder väte. Det är här stjärnorna fortsätter att födas. Med tiden lämnar unga stjärnor galaxernas armar och "flyttar" in i den galaktiska skivan. Men de mest massiva och ljusstarka stjärnorna lever inte tillräckligt länge, så de har inte tid att flytta bort från sin födelseort. Det är ingen slump att armarna på vår galax lyser så starkt. Det mesta av Vintergatan består av små, inte särskilt massiva stjärnor.
Den centrala delen av Vintergatan ligger i stjärnbilden Skytten. Detta område är omgivet av mörka gas- och dammmoln, bakom vilka ingenting kan ses. Först sedan 1950-talet, med hjälp av radioastronomi, har forskare gradvis kunnat urskilja vad som finns där. I denna del av galaxen upptäcktes en kraftfull radiokälla, kallad Sagittarius A. Som observationer har visat finns här en massa koncentrerad som överstiger solens massa flera miljoner gånger. Den mest acceptabla förklaringen till detta faktum är bara en: i mitten av vår Galaxy ligger.
Nu har hon av någon anledning tagit en paus för sig själv och är inte speciellt aktiv. Materiaflödet här är mycket dåligt. Kanske kommer det svarta hålet med tiden att utveckla en aptit. Sedan kommer den igen att börja absorbera slöjan av gas och damm som omger den, och Vintergatan kommer att ansluta sig till listan över aktiva galaxer. Det är möjligt att innan detta kommer stjärnor snabbt att börja bildas i centrum av galaxen. Liknande processer kommer sannolikt att upprepas regelbundet.
2010 – Amerikanska astronomer upptäckte två mystiska strukturer i vår galax med hjälp av rymdteleskopet Fermi, designat för att observera källor till gammastrålning – två enorma bubblor som sänder ut gammastrålning. Diametern på var och en av dem är i genomsnitt 25 000 ljusår. De flyger bort från galaxens centrum i norra och södra riktningar. Kanske talar vi om strömmar av partiklar som en gång sänds ut av ett svart hål mitt i galaxen. Andra forskare tror att vi talar om gasmoln som exploderade under stjärnornas födelse.
Det finns flera dvärggalaxer runt Vintergatan. De mest kända av dem är de stora och små magellanska molnen, som är förbundna med Vintergatan genom en sorts vätebro, en enorm gasplym som sträcker sig bakom dessa galaxer. Den kallades Magellanska strömmen. Dess omfattning är cirka 300 000 ljusår. Vår galax absorberar ständigt de dvärggalaxer som ligger närmast den, i synnerhet Skyttengalaxen, som ligger på ett avstånd av 50 000 ljusår från det galaktiska centrumet.
Det återstår att tillägga att Vintergatan och Andromeda-nebulosan rör sig mot varandra. Förmodligen, efter 3 miljarder år, kommer båda galaxerna att smälta samman och bilda en större elliptisk galax, som redan har kallats Milkyhoney.
Vintergatans ursprung
Andromedas nebulosa
Under lång tid trodde man att Vintergatan bildades gradvis. 1962 - Olin Eggen, Donald Linden-Bell och Allan Sandage föreslog en hypotes som blev känd som ELS-modellen (uppkallad efter de första bokstäverna i deras efternamn). Enligt den roterade ett homogent gasmoln en gång långsamt i stället för Vintergatan. Den liknade en boll och nådde cirka 300 000 ljusår i diameter och bestod huvudsakligen av väte och helium. Under tyngdkraftens inverkan krympte protogalaxen och blev platt; samtidigt accelererade dess rotation märkbart.
I nästan två decennier passade denna modell forskare. Men nya observationsresultat visar att Vintergatan inte kunde ha uppstått på det sätt som teoretiker förutspått.
Enligt denna modell bildas först en halo och sedan en galaktisk skiva. Men skivan innehåller också mycket gamla stjärnor, till exempel den röda jätten Arcturus, vars ålder är mer än 10 miljarder år, eller många vita dvärgar i samma ålder.
Globulära hopar har upptäckts i både den galaktiska skivan och halo som är yngre än vad ELS-modellen tillåter. Uppenbarligen absorberas de av vår sena galax.
Många stjärnor i glorian roterar i en annan riktning än Vintergatan. Kanske var de också en gång utanför galaxen, men sedan drogs de in i denna "stjärnvirvel" - som en slumpmässig simmare i en bubbelpool.
1978 - Leonard Searle och Robert Zinn föreslog sin modell för bildandet av Vintergatan. Den betecknades som "Model SZ". Nu har galaxens historia blivit märkbart mer komplicerad. För inte så länge sedan beskrevs dess ungdom, enligt astronomernas åsikt, lika enkelt som enligt fysikernas åsikt - rätlinjig translationsrörelse. Mekaniken i det som hände var tydligt synlig: det fanns ett homogent moln; den bestod endast av jämnt spridd gas. Ingenting genom sin närvaro komplicerade teoretikernas beräkningar.
Nu, istället för ett enormt moln i forskarnas visioner, dök flera små, intrikat spridda moln upp på en gång. Stjärnor var synliga bland dem; dock fanns de bara i gloria. Inuti glorian sjudade allt: moln kolliderade; gasmassor blandades och komprimerades. Med tiden bildades en galaktisk skiva av denna blandning. Nya stjärnor började dyka upp i den. Men denna modell kritiserades senare.
Det var omöjligt att förstå vad som förband glorian och den galaktiska skivan. Denna kondenserade skiva och det glesa stjärnskalet runt den hade lite gemensamt. Efter att Searle och Zinn sammanställt sin modell visade det sig att glorian roterar för långsamt för att bilda en galaktisk skiva. Att döma av fördelningen av kemiska element, uppstod de senare från protogalctic gas. Slutligen visade sig skivans rörelsemängd vara 10 gånger högre än halo.
Hela hemligheten är att båda modellerna innehåller ett korn av sanning. Problemet är att de är för enkla och ensidiga. Båda verkar nu vara fragment av samma recept som skapade Vintergatan. Eggen och hans kollegor läste några rader från detta recept, Searle och Zinn läste några till. Därför, när vi försöker ombilda historien om vår galax, märker vi då och då bekanta rader som vi redan har läst en gång.
Vintergatan. Datormodell
Så det hela började strax efter Big Bang. "Idag är det allmänt accepterat att fluktuationer i densiteten av mörk materia gav upphov till de första strukturerna - de så kallade mörka glororna. Tack vare tyngdkraften sönderdelade inte dessa strukturer”, konstaterar den tyske astronomen Andreas Burkert, författare till en ny modell av galaxens födelse.
Mörka glorier blev embryon - kärnor - av framtida galaxer. Gas samlades runt dem under påverkan av gravitationen. En homogen kollaps inträffade, som beskrivs av ELS-modellen. Redan 500-1000 miljoner år efter Big Bang blev gasansamlingar kring mörka glorier "inkubatorer" av stjärnor. Små protogalaxer dök upp här. De första klothoparna uppstod i täta gasmoln, eftersom stjärnor föddes här hundratals gånger oftare än någon annanstans. Protogalaxer kolliderade och slogs samman med varandra - det var så stora galaxer bildades, inklusive vår Vintergatan. Idag är den omgiven av mörk materia och en gloria av enstaka stjärnor och deras klotformade hopar, ruiner av ett universum som är mer än 12 miljarder år gammalt.
Det fanns många väldigt massiva stjärnor i protogalaxerna. Mindre än några tiotals miljoner år gick innan de flesta av dem exploderade. Dessa explosioner berikade gasmolnen med tunga kemiska element. Därför var stjärnorna som föddes i den galaktiska skivan inte desamma som i halo - de innehöll hundratals gånger fler metaller. Dessutom genererade dessa explosioner kraftfulla galaktiska virvlar som värmde gasen och svepte den bortom protogalaxerna. En separation av gasmassor och mörk materia inträffade. Detta var det viktigaste steget i bildandet av galaxer, som inte tidigare tagits med i någon modell.
Samtidigt kolliderade mörka glorier alltmer med varandra. Dessutom sträckte sig protogalaxerna ut eller sönderdelade. Dessa katastrofer påminner om de kedjor av stjärnor som har bevarats i Vintergatans gloria sedan "ungdomens dagar". Genom att studera deras plats är det möjligt att bedöma händelserna som ägde rum under den eran. Gradvis bildade dessa stjärnor en stor sfär - gloria vi ser. När den svalnade trängde gasmoln in i den. Deras rörelsemängd bevarades, så de kollapsade inte till en enda punkt, utan bildade en roterande skiva. Allt detta hände för mer än 12 miljarder år sedan. Gasen komprimerades nu enligt beskrivningen i ELS-modellen.
Vid denna tidpunkt bildas "utbuktningen" av Vintergatan - dess mellersta del, som påminner om en ellipsoid. Utbuktningen består av mycket gamla stjärnor. Den uppstod förmodligen under sammanslagning av de största protogalaxerna som höll gasmoln längst tid. I mitten av den fanns neutronstjärnor och små svarta hål - reliker från exploderande supernovor. De smälte samman med varandra och absorberade samtidigt gasströmmar. Kanske är det så här det enorma svarta hålet som nu finns i mitten av vår galax föddes.
Vintergatans historia är mycket mer kaotisk än man tidigare trott. Vår inhemska galax, imponerande även med kosmiska mått mätt, bildades efter en rad effekter och sammanslagningar - efter en rad kosmiska katastrofer. Spår av dessa forntida händelser kan fortfarande hittas idag.
Till exempel kretsar inte alla stjärnor i Vintergatan runt det galaktiska centrumet. Förmodligen har vår galax under de miljarder år som den funnits "absorberat" många medresenärer. Var tionde stjärna i den galaktiska glorian är mindre än 10 miljarder år gammal. Vid den tiden hade Vintergatan redan bildats. Kanske är det här resterna av en gång fångade dvärggalaxer. En grupp engelska forskare från Astronomical Institute (Cambridge), ledd av Gerard Gilmour, beräknade att Vintergatan tydligen kunde absorbera från 40 till 60 dvärggalaxer av Carina-typ.
Dessutom lockar Vintergatan till sig enorma mängder gas. Sålunda, 1958, märkte holländska astronomer många små fläckar i halon. Faktum är att de visade sig vara gasmoln, som huvudsakligen bestod av väteatomer och rusade mot den galaktiska skivan.
Vår galax kommer inte att hålla tillbaka sin aptit i framtiden. Kanske kommer den att absorbera de dvärggalaxer som ligger närmast oss - Fornax, Carina och förmodligen Sextans, och sedan smälta samman med Andromeda-nebulosan. Runt Vintergatan – denna omättliga ”stjärnkannibal” – kommer den att bli ännu mer öde.
Indelad i sociala grupper kommer vår Vintergatans galax att tillhöra en stark "medelklass". Den tillhör alltså den vanligaste typen av galax, men den är samtidigt inte genomsnittlig i storlek eller massa. Galaxer som är mindre än Vintergatan är större än de som är större än den. Vår "stjärnö" har också minst 14 satelliter - andra dvärggalaxer. De är dömda att cirkla runt Vintergatan tills de absorberas av den, eller flyga bort från en intergalaktisk kollision. Nåväl, för tillfället är detta den enda platsen där liv förmodligen existerar - det vill säga du och jag.
Men Vintergatan förblir den mest mystiska galaxen i universum: eftersom vi är i utkanten av "stjärnön" ser vi bara en del av dess miljarder stjärnor. Och galaxen är helt osynlig - den är täckt av täta armar av stjärnor, gas och damm. Idag kommer vi att prata om Vintergatans fakta och hemligheter.
> >> Hur många stjärnor finns det i VintergatanHur många stjärnor finns det i Vintergatans galax?: hur man bestämmer antalet, Hubble-teleskopforskning, strukturen hos en spiralgalax, observationsmetoder.
Om du har möjlighet att beundra den mörka himlen, då har du en otrolig samling stjärnor framför dig. Från vilken plats som helst kan du se Vintergatans 2500 stjärnor utan användning av teknik och 5800-8000 om du har en kikare eller ett teleskop gömt till hands. Men detta är bara en liten del av deras antal. Så, hur många stjärnor är det i Vintergatans galax?
Forskare tror att det totala antalet stjärnor i Vintergatan sträcker sig från 100-400 miljarder, även om det finns de som stiger till biljoner märket. Varför sådana skillnader? Faktum är att vi har en öppen vy från insidan och att det finns platser dolda från jordens synlighetszon.
Galaktisk struktur och dess inverkan på antalet stjärnor
Låt oss börja med det faktum att solsystemet är beläget i en galaktisk skiva av spiraltyp, med en längd på 100 000 ljusår. Vi är 30 000 ljusår bort från centrum. Det vill säga att det är ett stort gap mellan oss och den motsatta sidan.
Då uppstår ytterligare en observationssvårighet. Vissa stjärnor är ljusare än andra och ibland överglänser deras ljus sina grannar. De mest avlägsna stjärnorna som är synliga för blotta ögat ligger på ett avstånd av 1000 ljusår. Vintergatan är fylld med bländande ljus, men många av dem är gömda bakom ett dis av gas och damm. Det är detta långsträckta spår som kallas "mjölk".
Stjärnorna i vår galaktiska "region" är öppna för observation. Föreställ dig att du är på en fest i ett rum där hela området är fullsatt med människor. Du står i ett hörn och ombeds att nämna det exakta antalet närvarande. Men det är inte allt. En av gästerna sätter på rökmaskinen och hela rummet är fyllt av tjock dimma som blockerar alla som står längre ifrån dig. Räkna nu!
Metoder för att visualisera antalet stjärnor
Men det finns ingen anledning att få panik, för det finns alltid kryphål. Infraröda kameror gör att du kan ta dig igenom damm och rök. Liknande projekt inkluderar Spitzer-teleskopet, COBE, WISE och det tyska rymdobservatoriet.
Alla har de dykt upp under de senaste tio åren för att studera rymden vid infraröda våglängder. Detta hjälper till att hitta dolda stjärnor. Men även detta tillåter oss inte att se allt, så forskare tvingas göra beräkningar och lägga fram spekulativa siffror. Observationer börjar från stjärnbanor på den galaktiska skivan. Tack vare detta beräknas Vintergatans omloppshastighet och rotationsperiod (rörelse).
Slutsatser om hur många stjärnor som finns i Vintergatan
Det tar solsystemet 225-250 miljoner år att genomföra en rotation runt det galaktiska centrumet. Det vill säga att hastigheten på galaxen är 600 km/s.
Därefter bestäms massan (mörk materia halo - 90%) och medelmassan beräknas (massor och typer av stjärnor studeras). Som ett resultat visar det sig att den genomsnittliga uppskattningen av antalet stjärnor i Vintergatans galax är 200-400 miljarder himlakroppar.
Framtida teknologier kommer att göra det möjligt att hitta varje stjärna. Eller så kommer sonderna att kunna nå otroliga avstånd och fotografera galaxen från "norr" - ovanför mitten. För närvarande kan vi bara lita på matematiska beräkningar.
Planeten Jorden, solsystemet, miljarder andra stjärnor och himlakroppar – allt detta är vår Vintergatans galax – en enorm intergalaktisk formation, där allt lyder tyngdlagarna. Data om galaxens verkliga storlek är bara ungefärliga. Och det mest intressanta är att det finns hundratals, kanske till och med tusentals, sådana formationer, större eller mindre, i universum.
Vintergatans galax och vad som omger den
Alla himlakroppar, inklusive Vintergatans planeter, satelliter, asteroider, kometer och stjärnor, är ständigt i rörelse. Alla dessa objekt är födda i Big Bangs kosmiska virvel och är på väg mot sin utveckling. Vissa är äldre, andra är klart yngre.
Gravitationsformationen roterar runt mitten, med enskilda delar av galaxen som roterar med olika hastigheter. Om rotationshastigheten för den galaktiska skivan i mitten är ganska måttlig, når denna parameter i periferin värden på 200-250 km/s. Solen befinner sig i ett av dessa områden, närmare mitten av den galaktiska skivan. Avståndet från den till galaxens centrum är 25-28 tusen ljusår. Solen och solsystemet genomför ett helt varv runt gravitationsformationens centralaxel på 225-250 miljoner år. Följaktligen har solsystemet under hela dess existens historia flugit runt centrum endast 30 gånger.
Galaxens plats i universum
En anmärkningsvärd egenskap bör noteras. Solens position och följaktligen planeten jorden är mycket bekväm. Den galaktiska skivan genomgår ständigt en packningsprocess. Denna mekanism orsakas av diskrepansen mellan rotationshastigheten för spiralgrenarna och rörelsen hos stjärnor, som rör sig inom den galaktiska skivan enligt sina egna lagar. Under komprimering uppstår våldsamma processer, åtföljda av kraftfull ultraviolett strålning. Solen och jorden är bekvämt belägna i samrotationscirkeln, där sådan kraftfull aktivitet saknas: mellan två spiralgrenar på gränsen till Vintergatans armar - Skytten och Perseus. Detta förklarar det lugn som vi har varit i under så lång tid. I mer än 4,5 miljarder år har vi inte drabbats av kosmiska katastrofer.
Vintergatans struktur
Den galaktiska skivan är inte homogen i sin sammansättning. Liksom andra spiralgravitationssystem har Vintergatan tre särskiljbara regioner:
- en kärna som bildas av en tät stjärnhop som innehåller en miljard stjärnor i varierande åldrar;
- själva galaktiska skivan, bildad av hopar av stjärnor, stjärngas och damm;
- korona, sfärisk halo - regionen där klothopar, dvärggalaxer, enskilda grupper av stjärnor, kosmiskt stoft och gas finns.
Nära den galaktiska skivans plan finns unga stjärnor samlade i kluster. Tätheten av stjärnhopar i mitten av skivan är högre. Nära centrum är densiteten 10 000 stjärnor per kubik parsec. I området där solsystemet är beläget är stjärnornas täthet redan 1-2 stjärnor per 16 kubik parsecs. Som regel är åldern för dessa himlakroppar inte mer än flera miljarder år.
Interstellär gas koncentreras också runt skivans plan, utsatt för centrifugalkrafter. Trots den konstanta rotationshastigheten för spiralgrenarna är den interstellära gasen ojämnt fördelad och bildar stora och små zoner av moln och nebulosor. Det huvudsakliga galaktiska byggnadsmaterialet är dock mörk materia. Dess massa råder över den totala massan av alla himlakroppar som utgör Vintergatans galax.
Om galaxens struktur i diagrammet är ganska tydlig och genomskinlig, är det i verkligheten nästan omöjligt att undersöka de centrala regionerna av den galaktiska skivan. Gas- och dammmoln och kluster av stjärngas döljer ljuset från Vintergatans centrum, i vilket ett riktigt rymdmonster bor - ett supermassivt svart hål. Massan av denna superjätte är cirka 4,3 miljoner M☉. Bredvid superjätten finns ett mindre svart hål. Detta dystra företag kompletteras av hundratals svarta dvärghål. Vintergatans svarta hål är inte bara slukare av stjärnmateria, utan fungerar också som ett förlossningssjukhus som kastar enorma gäng protoner, neutroner och elektroner ut i rymden. Det är från dem som atomärt väte bildas - stjärnstammens huvudbränsle.
Bygelstången är belägen i regionen av den galaktiska kärnan. Dess längd är 27 tusen ljusår. Här regerar gamla stjärnor, röda jättar, vars stjärnmateria matar svarta hål. Huvuddelen av molekylärt väte är koncentrerat i denna region, som fungerar som det huvudsakliga byggmaterialet för stjärnbildningsprocessen.
Geometriskt ser galaxens struktur ganska enkel ut. Varje spiralarm, och det finns fyra av dem i Vintergatan, kommer från en gasring. Ärmarna divergerar i en vinkel på 20⁰. Vid den galaktiska skivans yttre gränser är huvudelementet atomärt väte, som sprider sig från galaxens centrum till periferin. Tjockleken på väteskiktet i utkanten av Vintergatan är mycket bredare än i mitten, medan dess densitet är extremt låg. Utsläppet av väteskiktet underlättas av påverkan från dvärggalaxer, som har följt vår galax nära i tiotals miljarder år.
Teoretiska modeller av vår galax
Även forntida astronomer försökte bevisa att den synliga randen på himlen är en del av en enorm stjärnskiva som roterar runt dess centrum. Detta påstående stöddes av de matematiska beräkningar som gjorts. Det var möjligt att få en uppfattning om vår galax bara tusentals år senare, när instrumentella metoder för rymdutforskning kom till vetenskapens hjälp. Ett genombrott i studiet av Vintergatans natur var engelsmannen William Herschels verk. År 1700 kunde han experimentellt bevisa att vår galax är skivformad.
Redan i vår tid har forskningen tagit en annan vändning. Forskare förlitade sig på att jämföra rörelserna hos stjärnor mellan vilka det fanns olika avstånd. Med hjälp av parallaxmetoden kunde Jacob Kaptein ungefär bestämma diametern på galaxen, som enligt hans beräkningar är 60-70 tusen ljusår. Följaktligen bestämdes solens plats. Det visade sig att det ligger relativt långt från galaxens rasande centrum och på ett avsevärt avstånd från Vintergatans periferi.
Den grundläggande teorin om galaxernas existens är den amerikanske astrofysikern Edwin Hubble. Han kom på idén att klassificera alla gravitationsformationer, dela upp dem i elliptiska galaxer och formationer av spiraltyp. De senare, spiralgalaxer, representerar den största gruppen, som inkluderar formationer av olika storlekar. Den största nyligen upptäckta spiralgalaxen är NGC 6872, med en diameter på mer än 552 tusen ljusår.
Förväntad framtid och prognoser
Vintergatans galax verkar vara en kompakt och välordnad gravitationsformation. Till skillnad från våra grannar är vårt intergalaktiska hem ganska lugnt. Svarta hål påverkar systematiskt den galaktiska skivan och minskar den i storlek. Denna process har redan pågått i tiotals miljarder år och hur länge den kommer att fortsätta är okänt. Det enda hotet som skymtar över vår galax kommer från dess närmaste granne. Andromedagalaxen närmar sig oss snabbt. Forskare föreslår att en kollision mellan två gravitationssystem kan inträffa om 4,5 miljarder år.
En sådan mötessammanslagning kommer att innebära slutet på den värld som vi är vana vid att leva i. Vintergatan, som är mindre i storlek, kommer att absorberas av den större formationen. Istället för två stora spiralformationer kommer en ny elliptisk galax att dyka upp i universum. Fram till denna tid kommer vår galax att kunna hantera sina satelliter. Två dvärggalaxer - de stora och små magellanska molnen - kommer att absorberas av Vintergatan om 4 miljarder år.
Om du är trött på att annonsera på den här webbplatsen, ladda ner vår mobilapplikation här: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.news.android.military eller nedan genom att klicka på Google Play-logotypen . Där minskade vi antalet annonsblock specifikt för vår vanliga publik.
Även i ansökan:
- ännu fler nyheter
- uppdateringar 24 timmar om dygnet
- meddelanden om större händelser
Om du har några frågor, lämna dem i kommentarerna under artikeln. Vi eller våra besökare svarar gärna på dem
Människor har varit intresserade av universums ålder sedan urminnes tider. Och även om du inte kan be henne om ett pass för att se hennes födelsedatum, har modern vetenskap kunnat svara på denna fråga. Sant, bara ganska nyligen.
Pass till universum Astronomer har i detalj studerat universums tidiga biografi. Men de hade tvivel om hennes exakta ålder, som bara skingrades under de senaste decennierna.
Alexey Levin
Visarna i Babylon och Grekland ansåg att universum var evigt och oföränderligt, och hinduiska krönikörer år 150 f.Kr. fastställt att han var exakt 1 972 949 091 år gammal (förresten, sett till storleksordningen så hade de inte så mycket fel!). År 1642 beräknade den engelske teologen John Lightfoot, genom en noggrann analys av bibliska texter, att världens skapelse inträffade 3929 f.Kr.; några år senare flyttade den irländska biskopen James Ussher den till 4004. Grundarna av modern vetenskap, Johannes Kepler och Isaac Newton, ignorerade inte heller detta ämne. Även om de vädjade inte bara till Bibeln, utan också till astronomi, visade sig deras resultat likna teologernas beräkningar - 3993 och 3988 f.Kr. I vår upplysta tid bestäms universums ålder på andra sätt. För att se dem i ett historiskt perspektiv, låt oss först ta en titt på vår egen planet och dess kosmiska miljö.
Astronomer har studerat universums tidiga biografi i detalj. Men de hade tvivel om hennes exakta ålder, som bara skingrades under de senaste decennierna.
Spådomar med stenar
Sedan andra hälften av 1700-talet började forskare uppskatta jordens och solens ålder baserat på fysiska modeller. Sålunda, 1787, kom den franske naturforskaren Georges-Louis Leclerc till slutsatsen att om vår planet var en boll av smält järn vid födseln, skulle den behöva från 75 till 168 tusen år för att svalna till sin nuvarande temperatur. Efter 108 år räknade den irländska matematikern och ingenjören John Perry om jordens termiska historia och bestämde dess ålder till 2-3 miljarder år. I början av 1900-talet kom Lord Kelvin till slutsatsen att om solen gradvis drar ihop sig och lyser enbart på grund av frigörandet av gravitationsenergi, då dess ålder (och följaktligen den maximala åldern på jorden och andra planeter) kan vara flera hundra miljoner år. Men på den tiden kunde geologer varken bekräfta eller motbevisa dessa uppskattningar på grund av bristen på tillförlitliga geokronologiska metoder.
I mitten av 1900-talets första decennium utvecklade Ernest Rutherford och den amerikanske kemisten Bertram Boltwood grunden för radiometrisk datering av jordstenar, vilket visade att Perry var mycket närmare sanningen. På 1920-talet hittades mineralprover vars radiometriska ålder var nära 2 miljarder år. Senare ökade geologer detta värde mer än en gång, och vid det här laget har det mer än fördubblats - till 4,4 miljarder. Ytterligare data tillhandahålls av studien av "himmelska stenar" - meteoriter. Nästan alla radiometriska uppskattningar av deras ålder ligger inom intervallet 4,4–4,6 miljarder år.
Modern helioseismologi gör det möjligt att direkt bestämma solens ålder, som enligt de senaste uppgifterna är 4,56 - 4,58 miljarder år. Eftersom varaktigheten av gravitationskondensationen av det protosolära molnet uppmättes på bara miljoner år, kan vi med säkerhet säga att det inte har gått mer än 4,6 miljarder år från början av denna process till idag. Samtidigt innehåller solmateria många grundämnen tyngre än helium, som bildades i termonukleära ugnar av massiva stjärnor från tidigare generationer som brann ut och exploderade i supernovor. Detta betyder att universums existens avsevärt överstiger solsystemets ålder. För att bestämma omfattningen av detta överskott måste du först gå in i vår galax och sedan bortom dess gränser.
Följer vita dvärgar
Livslängden för vår galax kan bestämmas på olika sätt, men vi kommer att begränsa oss till de två mest pålitliga. Den första metoden bygger på att övervaka glöden hos vita dvärgar. Dessa kompakta (ungefär jordstora) och initialt mycket heta himlakroppar representerar livets slutskede för alla utom de mest massiva stjärnorna. För att förvandlas till en vit dvärg måste en stjärna helt bränna allt sitt termonukleära bränsle och genomgå flera katastrofer - till exempel bli en röd jätte under en tid.
Naturlig klocka
Enligt radiometrisk datering anses nu de äldsta stenarna på jorden vara de grå gnejserna vid Great Slavesjöns kust i nordvästra Kanada – deras ålder är fastställd till 4,03 miljarder år. Ännu tidigare (4,4 miljarder år sedan) kristalliserades små korn av mineralet zirkon, ett naturligt zirkoniumsilikat som finns i gnejser i västra Australien. Och eftersom jordskorpan redan fanns på den tiden borde vår planet vara något äldre.
När det gäller meteoriter tillhandahålls den mest exakta informationen av dateringen av kalcium-aluminiuminneslutningar i materialet av karbonkondritiska meteoriter, som förblev praktiskt taget oförändrade efter bildandet av gasdammmolnet som omgav den nyfödda solen. Den radiometriska åldern för liknande strukturer i Efremovka-meteoriten, som hittades 1962 i Pavlodar-regionen i Kazakstan, är 4 miljarder 567 miljoner år.
En typisk vit dvärg består nästan helt av kol- och syrejoner inbäddade i degenererad elektrongas och har en tunn atmosfär som domineras av väte eller helium. Dess yttemperatur varierar från 8 000 till 40 000 K, medan den centrala zonen värms upp till miljoner och till och med tiotals miljoner grader. Enligt teoretiska modeller kan dvärgar som till övervägande del består av syre, neon och magnesium (som under vissa förhållanden omvandlas till stjärnor med en massa på 8 till 10,5 eller till och med upp till 12 solmassor) också födas, men deras existens har ännu inte funnits. bevisats. Teorin säger också att stjärnor med minst hälften av solens massa slutar som heliumvita dvärgar. Sådana stjärnor är väldigt många, men de förbränner väte extremt långsamt och lever därför i många tiotals och hundratals miljoner år. Hittills har de helt enkelt inte haft tillräckligt med tid att tömma sitt vätebränsle (de mycket få heliumdvärgar som hittills upptäckts lever i binära system och uppstod på ett helt annat sätt).
Eftersom en vit dvärg inte kan stödja termonukleära fusionsreaktioner lyser den på grund av den ackumulerade energin och kyls därför långsamt. Hastigheten för denna kylning kan beräknas och på grundval av detta bestämma den tid som krävs för att minska yttemperaturen från den initiala (för en typisk dvärg är detta cirka 150 000 K) till den observerade. Eftersom vi är intresserade av galaxens ålder bör vi leta efter de längstlevande, och därför de kallaste, vita dvärgarna. Moderna teleskop gör det möjligt att upptäcka intragalaktiska dvärgar med en yttemperatur på mindre än 4000 K, vars ljusstyrka är 30 000 gånger lägre än solens. Än så länge har de inte hittats – antingen finns de inte alls, eller så är det väldigt få av dem. Det följer att vår galax inte kan vara äldre än 15 miljarder år, annars skulle de finnas i märkbara mängder.
För att datera bergarter används en analys av innehållet av sönderfallsprodukter av olika radioaktiva isotoper i dem. Beroende på bergart och dateringstid används olika par av isotoper.
Detta är den övre åldersgränsen. Vad kan vi säga om botten? De coolaste vita dvärgarna som för närvarande är kända upptäcktes av rymdteleskopet Hubble 2002 och 2007. Beräkningar visade att deras ålder är 11,5 - 12 miljarder år. Till detta måste vi också lägga föregångarens ålder (från en halv miljard till en miljard år). Det följer att Vintergatan inte är yngre än 13 miljarder år gammal. Så den slutliga uppskattningen av dess ålder, erhållen från observationer av vita dvärgar, är ungefär 13 - 15 miljarder år.
Bollcertifikat
Den andra metoden är baserad på studiet av sfäriska stjärnhopar som ligger i Vintergatans perifera zon och som kretsar kring dess kärna. De innehåller från hundratusentals till mer än en miljon stjärnor bundna av ömsesidig attraktion.
Globulära hopar finns i nästan alla stora galaxer, och deras antal når ibland många tusen. Nästan inga nya stjärnor föds där, men äldre stjärnor finns i överflöd. Cirka 160 sådana klothopar har registrerats i vår galax, och kanske två till tre dussin fler kommer att upptäckas. Mekanismerna för deras bildande är inte helt klara, men troligtvis uppstod många av dem strax efter födelsen av själva galaxen. Att datera bildandet av de äldsta klothoparna gör det därför möjligt att fastställa en nedre gräns för den galaktiska åldern.
Denna dejting är mycket tekniskt komplex, men den bygger på en väldigt enkel idé. Alla stjärnor i klustret (från supermassiva till de lättaste) bildas från samma gasmoln och föds därför nästan samtidigt. Med tiden bränner de ut huvudreserverna av väte - vissa tidigare, andra senare. I detta skede lämnar stjärnan huvudsekvensen och genomgår en serie transformationer som kulminerar i antingen fullständig gravitationskollaps (följt av bildandet av en neutronstjärna eller svart hål) eller uppkomsten av en vit dvärg. Att studera sammansättningen av ett klotformigt kluster gör det därför möjligt att bestämma dess ålder ganska exakt. För tillförlitlig statistik bör antalet studerade kluster vara minst flera dussin.
Detta arbete utfördes för tre år sedan av ett team av astronomer som använde kameran ACS (Advanced Camera for Survey) från rymdteleskopet Hubble. Övervakning av 41 klothopar i vår galax visade att deras medelålder är 12,8 miljarder år. Rekordhållarna var klustren NGC 6937 och NGC 6752, belägna 7 200 och 13 000 ljusår från solen. De är nästan säkert inte yngre än 13 miljarder år, med den mest sannolika livslängden för det andra klustret är 13,4 miljarder år (men med ett fel på plus eller minus en miljard).
Stjärnor med en massa i storleksordningen av solen, eftersom deras vätereserver är uttömda, sväller och blir röda dvärgar, varefter deras heliumkärna värms upp under kompression och heliumförbränning börjar. Efter en tid fäller stjärnan sitt skal och bildar en planetarisk nebulosa och blir sedan en vit dvärg och svalnar sedan.
Vår galax måste dock vara äldre än dess kluster. Dess första supermassiva stjärnor exploderade som supernovor och kastade ut kärnorna från många grundämnen i rymden, i synnerhet kärnorna i den stabila isotopen beryllium-beryllium-9. När klothopar började bildas innehöll deras nyfödda stjärnor redan beryllium, och mer så ju senare de uppstod. Baserat på berylliumhalten i deras atmosfärer kan man avgöra hur mycket yngre hoparna är än galaxen. Som framgår av data om NGC 6937-klustret är denna skillnad 200 - 300 miljoner år. Så utan mycket av en sträcka kan vi säga att Vintergatans ålder överstiger 13 miljarder år och kanske når 13,3 - 13,4 miljarder.Detta är nästan samma uppskattning som den som gjordes på basis av observationer av vita dvärgar, men det erhållits på ett helt annat sätt.
Hubbles lag
Den vetenskapliga formuleringen av frågan om universums ålder blev möjlig först i början av andra kvartalet av förra seklet. I slutet av 1920-talet började Edwin Hubble och hans assistent Milton Humason klargöra avstånden till dussintals nebulosor utanför Vintergatan, som bara några år tidigare hade blivit självständiga galaxer.
Dessa galaxer rör sig bort från solen med radiella hastigheter som mättes genom rödförskjutningen av deras spektra. Även om avstånden till de flesta av dessa galaxer kunde bestämmas med ett stort fel, fann Hubble ändå att de var ungefär proportionella mot de radiella hastigheterna, som han skrev om i en artikel som publicerades i början av 1929. Två år senare bekräftade Hubble och Humason denna slutsats baserat på observationer av andra galaxer - några av dem mer än 100 miljoner ljusår bort.
Dessa data utgjorde grunden för den berömda formeln v=H0d, känd som Hubbles lag. Här är v galaxens radiella hastighet i förhållande till jorden, d är avståndet, H0 är proportionalitetskoefficienten, vars dimension, som är lätt att se, är inversen av dimensionen av tid (tidigare kallades den Hubble-konstanten , vilket är felaktigt, eftersom värdet på H0 under tidigare epoker var annorlunda än Numera). Hubble själv och många andra astronomer förkastade under lång tid antaganden om den fysiska innebörden av denna parameter. Georges Lemaitre visade dock redan 1927 att den allmänna relativitetsteorin tillåter oss att tolka utvidgningen av galaxer som bevis på universums expansion. Fyra år senare hade han modet att dra denna slutsats till sin logiska slutsats, och lade fram hypotesen att universum uppstod ur ett nästan punktliknande embryo, som han, i brist på en bättre term, kallade en atom. Denna uratom kunde förbli i ett statiskt tillstånd för vilken tid som helst upp till oändligheten, men dess "explosion" födde ett expanderande utrymme fyllt med materia och strålning, som under en begränsad tid gav upphov till det nuvarande universum. Redan i sin första artikel härledde Lemaitre en fullständig analog till Hubble-formeln och, med de uppgifter som vid den tiden var kända om hastigheter och avstånd för ett antal galaxer, fick han ungefär samma värde på proportionalitetskoefficienten mellan avstånd och hastigheter som Hubble. Men hans artikel publicerades på franska i en föga känd belgisk tidskrift och gick till en början obemärkt förbi. Det blev känt för de flesta astronomer först 1931 efter publiceringen av dess engelska översättning.
Universums utveckling bestäms av den initiala expansionshastigheten, såväl som effekterna av gravitation (inklusive mörk materia) och antigravitation (mörk energi). Beroende på förhållandet mellan dessa faktorer har grafen över universums storlek en annan form både i framtiden och i det förflutna, vilket påverkar uppskattningen av dess ålder. Aktuella observationer visar att universum expanderar exponentiellt (röd graf).
Hubble tid
Från detta verk av Lemaître och senare verk av både Hubble själv och andra kosmologer följde det direkt att universums ålder (naturligtvis, mätt från det första ögonblicket av dess expansion) beror på värdet 1/H0, som nu kallas Hubble tid. Naturen av detta beroende bestäms av den specifika modellen av universum. Om vi antar att vi lever i ett platt universum fyllt med graviterande materia och strålning, så för att beräkna dess ålder måste 1/H0 multipliceras med 2/3.
Det var här haken uppstod. Av mätningarna av Hubble och Humason följer att det numeriska värdet på 1/H0 är ungefär lika med 1,8 miljarder år. Det följde att universum föddes för 1,2 miljarder år sedan, vilket tydligt motsäger även de kraftigt underskattade uppskattningarna av jordens ålder vid den tiden. Man skulle kunna komma ur denna svårighet genom att anta att galaxer rör sig iväg långsammare än vad Hubble trodde. Med tiden bekräftades detta antagande, men det löste inte problemet. Enligt data som erhölls i slutet av förra seklet med hjälp av optisk astronomi sträcker sig 1/H0 från 13 till 15 miljarder år. Så diskrepansen kvarstod fortfarande, eftersom universums utrymme var och anses vara platt, och två tredjedelar av Hubble-tiden är mycket mindre än till och med de mest blygsamma uppskattningarna av galaxens ålder.
Tom värld
Enligt de senaste mätningarna av Hubble-parametern är den nedre gränsen för Hubble-tid 13,5 miljarder år, och den övre gränsen är 14 miljarder. Det visar sig att universums nuvarande ålder är ungefär lika med den nuvarande Hubble-tiden. Sådan jämlikhet måste strikt och undantagslöst observeras för ett absolut tomt universum, där det varken finns graviterande materia eller antigraviterande fält. Men i vår värld finns det nog av båda. Faktum är att rymden först expanderade långsamt, sedan började hastigheten på dess expansion att öka, och i den nuvarande eran dessa motsatta trender nästan kompenserade för varandra.
I allmänhet eliminerades denna motsägelse 1998 - 1999, när två team av astronomer bevisade att yttre rymden under de senaste 5 - 6 miljarder åren har expanderat inte i en minskande, utan en ökande takt. Denna acceleration förklaras vanligtvis av det faktum att i vårt universum växer påverkan av antigravitationsfaktorn, den så kallade mörka energin, vars täthet inte förändras över tiden. Eftersom densiteten av graviterande materia minskar när kosmos expanderar, konkurrerar mörk energi mer och mer framgångsrikt med gravitationen. Varaktigheten av existensen av ett universum med en antigravitationskomponent behöver inte vara lika med två tredjedelar av Hubble-tiden. Därför gjorde upptäckten av universums accelererande expansion (noterad 2011 av Nobelpriset) det möjligt att eliminera diskrepansen mellan kosmologiska och astronomiska uppskattningar av dess livstid. Det var också ett förspel till utvecklingen av en ny metod för att datera hennes födelse.
Kosmiska rytmer
Den 30 juni 2001 skickade NASA Explorer 80 ut i rymden, två år senare omdöpt till WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Hans utrustning gjorde det möjligt att registrera temperaturfluktuationer av mikrovågs kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålning med en vinkelupplösning på mindre än tre tiondelar av en grad. Det var redan då känt att spektrumet för denna strålning nästan helt sammanfaller med spektrumet för en idealisk svart kropp uppvärmd till 2,725 K, och dess temperaturfluktuationer i "grovkorniga" mätningar med en vinkelupplösning på 10 grader överstiger inte 0,000036 K Men i "finkorniga" mätningar på WMAP-sondens skala var amplituderna för sådana fluktuationer sex gånger större (cirka 0,0002 K). Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen visade sig vara prickig, tätt prickad med lite mer och något mindre uppvärmda områden.
Fluktuationer i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen genereras av fluktuationer i densiteten hos elektron-fotongasen som en gång fyllde yttre rymden. Den sjönk till nästan noll cirka 380 000 år efter Big Bang, då praktiskt taget alla fria elektroner kombinerades med kärnorna av väte, helium och litium och därigenom gav upphov till neutrala atomer. Tills detta hände fortplantade sig ljudvågor i elektron-foton-gasen, påverkade av gravitationsfälten hos partiklar av mörk materia. Dessa vågor, eller, som astrofysiker säger, akustiska svängningar, satte sina spår på spektrumet av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Detta spektrum kan dechiffreras med hjälp av den teoretiska apparaten för kosmologi och magnetisk hydrodynamik, vilket gör det möjligt att omvärdera universums ålder. Som de senaste beräkningarna visar är dess mest sannolika omfattning 13,72 miljarder år. Det anses nu vara standarduppskattningen av universums livstid. Om vi tar hänsyn till alla möjliga felaktigheter, toleranser och approximationer kan vi dra slutsatsen att, enligt resultaten av WMAP-sonden, har universum funnits i mellan 13,5 och 14 miljarder år.
Således fick astronomer ganska kompatibla resultat, som uppskattade universums ålder på tre olika sätt. Därför vet vi nu (eller, för att uttrycka det mer försiktigt, vi tror att vi vet) när vårt universum uppstod – åtminstone med en noggrannhet på flera hundra miljoner år. Förmodligen kommer ättlingar att lägga till lösningen på denna urgamla gåta till listan över de mest anmärkningsvärda prestationerna inom astronomi och astrofysik.
