Туманности нашей галактике


В Галактике Млечный путь находится Солнечная система, Земля и все звезды, которые видны невооруженным глазом. Вместе с Галактикой Треугольника, Андромеды и карликовыми галактиками и спутниками она формирует Местную группу галактик, входящую в Сверхскопление Девы.

Туманности нашей галактике

По древней легенде, когда Зевс решил сделать своего сына Геракла бессмертным, то подложил его к груди своей жены Геры испить молока. Но супруга проснулась и, увидев, что кормит неродного ребенка, оттолкнула его. Струя молока брызнула и обратилась в Млечный путь. В советской астрономической школе его называли просто «система Млечный путь» или «наша Галактика». Вне западной культуры существует множество названий этой галактики. Слово «млечный» заменяется другими эпитетами. Галактика состоит из порядка 200 млрд звезд. Основное их количество расположено в форме диска. Большая часть массы Млечного пути содержится в гало из темной материи.


Туманности нашей галактике

В 1980 годах ученые выдвинули мнение, что Млечный путь – это спиральная галактика с перемычкой. Гипотеза подтвердилась в 2005 при помощи телескопа Спитцера. Выяснилось, что центральная перемычка галактики больше, чем считалось раньше. Диаметр галактического диска составляет приблизительно 100 тыс. световых лет. В сравнении с гало, он вращается гораздо быстрее. На разных расстояниях от центра его скорость неодинаковая. Изучения вращения диска помогли оценить его массу, которая в 150 миллиардов больше массы Солнца. Поблизости плоскости диска собраны молодые звездные скопления и звезды, которые образуют плоскую составляющую. Ученые предполагают, что множество галактик имеют в своем ядре черные дыры.

Туманности нашей галактике

В центральных участках Галактики Млечный путь собрано большое количество звезд. Расстояние между ними намного меньше, чем в окрестностях Солнца. Длина галактической перемычки по подсчетам ученых составляет 27 тыс. световых лет. Она проходит через центр Млечного пути под углом в 44 градуса ± 10 градусов к линии между центром галактики и Солнцем. Ее составляющая – это преимущественно красные звезды. Перемычка окружена кольцом, которое называется «Кольцо в 5 килопарсек». Оно содержит большое количество молекулярного водорода. Также это активный регион звездообразования в Галактике. Если наблюдать из галактики Андромеды, то перемычка Млечного пути была бы его яркой частью.


Туманности нашей галактике

Так как Галактика Млечный путь считается спиральной, у нее имеются спиральные рукава, которые располагаются в плоскости диска. Вокруг диска расположена сферическая корона. Солнечная система находится в 8,5 тыс. парсек от центра галактики. По последним наблюдениям можно сказать, что наша Галактика имеет 2 рукава и еще пару рукавов во внутренней части. Они переходят в четырехрукавную структуру, которая наблюдается в линии нейтрального водорода.

Туманности нашей галактике

Гало галактики имеет сферическую форму, которая выходит за пределы Млечного пути на 5–10 тыс. световых лет. Его температура примерно составляет 5*10К. Гало состоит из старых, маломассивных неярких звезд. Их можно встретить и в виде шаровых скоплений, и поодиночке. Основную массу галактики составляет темная материя, формирующая гало темной материи. Его масса примерно 600–3000 млрд массы Солнца. Звездные скопления и звезды гало двигаются вокруг галактического центра по вытянутым орбитам. Гало вращается очень медленно. 

Туманности нашей галактике

История открытия Галактики Млечный путь


Множество небесных тел объединяется в разнообразные вращающиеся системы. Таким образом, Луна вращается вокруг Земли, а спутники больших планет образуют свои системы. Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. У ученых возникал вполне логичный вопрос: не входит ли Солнце в еще большую по размерам систему?

Туманности нашей галактике

Впервые на этот вопрос пытался ответить Уильям Гершель. Он высчитал количество звезд в разных уголках неба и выяснил, что в небе есть большой круг – галактический экватор, делящий небо на две части. Здесь количество звезд оказалось наибольшим. Чем ближе тот или иной участок неба расположен к этому кругу, тем больше на нем звезд. В конечном итоге было обнаружено, что именно на экваторе галактики находится Млечный путь. Гершель пришел к заключению, что все звезды образуют одну звездную систему. 

Туманности нашей галактике

Изначально считалось, все, что есть во Вселенной, является частью нашей галактики. Но еще Кант утверждал, что некоторые туманности могут быть отдельными галактиками, как и Млечный путь. Только когда Эдвин Хаббл измерил расстояние до некоторых спиральных туманностей и показал, что они не могут входить в состав Галактики, гипотеза Канта была доказана.

 

Будущее Галактики

В будущем возможны столкновения нашей Галактики с другими, в том числе и с Андромедой. Но конкретных предсказаний пока что нет. Считается, что через 4 миллиарда лет Млечный путь поглотит Малое и Большое Магелановые Облака, а через 5 миллиардов лет его поглотит Туманность Андромеды.


Туманности нашей галактике

Планеты Млечного пути

Несмотря на то, что звезды постоянно рождаются и умирают, их количество четко подсчитано. Ученые считают, что вокруг каждой звезды вращается хотя бы одна планета. Значит, во Вселенной существует от 100 до 200 млрд планет. Ученые, которые работали над этим утверждением, изучали звезды «красные карлики». Они меньше Солнца и составляют 75% из всех звезд Галактики Млечный путь. Особое внимание было уделено звезде Kepler-32, которая «приютила» 5 планет.

Туманности нашей галактике

Обнаружить планеты гораздо сложнее, чем звезды, ведь они не излучают света. Мы можем уверенно сказать о существовании планеты только тогда, когда она заслонит собой свет звезды.

Существуют и планеты, которые похожи на нашу Землю, но их не так уж и много. Есть множество типов планет, например, планеты-пульсары, газовые гиганты, бурые карлики… Если планета состоит из каменных пород, она будет мало похожа на Землю.


Туманности нашей галактике

Последние исследования утверждают, что в галактике имеется от 11 до 40 млрд планет, схожих с Землей. Ученые исследовали 42 звезды, похожие на Солнце и обнаружили 603 экзопланеты, 10 из которых соответствовали критериям поиска. Было доказано, что все планеты, схожие с Землей, могут поддерживать нужную температуру, для существования жидкой воды, что, в свою очередь, поможет возникнуть жизни.

Туманности нашей галактике

У внешнего края Млечного пути были обнаружены звезды, которые двигаются особым образом. Они дрейфуют у края. Ученые предполагают, что это все, что осталось от галактик, которые поглотил Млечный путь. Их столкновение случилось множество лет тому назад.

 

Галактики спутники

Как мы уже говорили, Галактика Млечный путь является спиральной. Она представляет собой спираль неидеальной формы. На протяжении долгих лет ученые не могли найти объяснение выпуклости галактики. Сейчас все пришли к выводу, что это происходит из-за галактик-спутников и темной материи. Они очень мелкие и не могут влиять на Млечный путь. Но когда темная материя двигается через Магелановые Облака, создаются волны. Они и влияют на гравитационные притяжения. Под этим действием водород улетучивается из галактического центра. Облака обращаются вокруг Млечного пути.


Туманности нашей галактике

Хоть Млечный путь и называют по многим параметрам уникальным, он не является большой редкостью. Если учесть тот факт, что в поле зрения имеется примерно 170 млрд галактик, можно утверждать о существовании галактик, похожих на нашу. В 2012 году астрономами была найдена точная копия Млечного пути. Она даже имеет два спутника, которые соответствуют Магелановым Облакам. Кстати, предполагают, что через пару миллиардов лет они растворятся. Находка подобной галактики была невероятной удачей. Ее назвали NGC 1073. Она так сильно похожа на Млечный путь, что астрономы изучают ее для того, чтобы больше узнать о нашей галактике.

Туманности нашей галактике

Галактический год

Земной год – это время, за которое планета делает полный оборот вокруг Солнца. Таким же образом Солнечная система вращается вокруг черной дыры, которая расположена в центре галактики. Полный ее оборот составляет 250 млн лет. Когда описывают Солнечную систему, редко упоминают то, что она двигается в космическом пространстве, как и все в мире. Скорость ее движения 792000 км в час относительно центра Галактики Млечный путь. Если сравнить, то мы, двигаясь с подобной скоростью, могли бы обойти весь мир за 3 минуты. Галактический год – это время, за которое Солнце делает полный оборот вокруг Млечного пути. По последним подсчетам солнце прожило 18 галактических лет. 


Туманности нашей галактике

Источник: kvant.space

Туманности нашей галактике

Целимся в центр

Млечному Пути уже 13 миллиардов лет. Некоторые из старейших звёзд нашей Галактики родились почти в самом начале существования Вселенной. И за всё это неизмеримое время нам известна минимум одна технологически развитая цивилизация – наша.

Но если Галактика такая старая, и мы знаем, что она способна порождать жизнь, почему же мы больше ни от кого не получаем весточек? Если какая-нибудь цивилизация появилась бы в Галактике раньше нас всего на 0,1% от возраста последней, они бы опережали нас на миллионы лет – и, вероятно, развились бы куда как сильнее нас. Если мы уже почти готовы заселять другие планеты, не должен ли Млечный Путь кишеть внеземными космическими кораблями и колониями?

Возможно. Но, вероятно, мы просто не там ищем. Недавние компьютерные симуляции Джейсона Райта с коллегами говорят о том, что лучше всего искать освоившие космос цивилизации в центре Галактики. Этот регион остаётся относительно малоисследованным проектами по поиску внеземной жизни.


Анимация симуляции заселения галактики. Белые точки – незаселённые звёзды, фиолетовые – заселённые. Белые кубики – корабли в полёте. Спиральная структура заселения образуется из-за движения звёзд в галактике. После достижения центра скорость колонизации радикально возрастает.

Перемешивание

Старые математические модели колонизации космоса пытались подсчитать время, которое цивилизация потратит на распространение по всему Млечному Пути. Учитывая размер Галактики, полномасштабное заселение займёт больше времени, чем она существует. Однако уникальность новой симуляции заключается в учёте движения звёзд в Галактике. Млечный Путь не статичен, как считалось в старых моделях – это крутящаяся и перемешивающаяся масса звёзд. Летательные аппараты колонистов и зонды должны перемещаться между звёздами, которые в свою очередь также перемещаются. Из новой симуляции становится видно, что движение звёзд помогает колонизировать Галактику, внося эффект растворения в процесс распространения цивилизации.

Симуляция основана на предыдущем исследовании Джонатана Кэрролла-Нелленбека с коллегами, предполагавшего, что гипотетическая цивилизация могла бы распространяться внутри динамической Галактики на досветовых скоростях.
симуляции предполагается, что корабли цивилизации движутся со скоростями, сравнимыми с тем, на что способны наши летательные аппараты (около 30 км/с). Когда в симуляции корабль прибывает в обитаемый мир, он считается колонией, и уже сам может запускать новые корабли каждые 100 000 лет, если в пределах досягаемости находится незаселённый мир. В симуляции максимальное расстояние для полёта космического корабля составляет 10 световых лет, а длительность полёта – 300 000 лет. Технология виртуальной колонии должна существовать 100 млн лет перед тем, как угаснуть, однако у неё существует вероятность обзавестись новыми поселенцами, если в пределах досягаемости появится другая колония.

Результат получился совершенно другим. Вращение звёзд в Галактике создаёт «фронт» колонизационной волны. Когда он достигает ядра Галактики, тамошняя плотность звёзд резко увеличивает скорость колонизации. Даже с консервативными ограничениями на скорость космических кораблей большую часть Галактики можно заселить менее чем за миллиард лет.

В прямой видимости

Результаты симуляции поддерживают уже сделанное ранее предложение Вишала Гаджара с коллегами, считавшими, что признаки жизни нужно искать в центре Галактики. Эту область можно не только быстро колонизировать, но и эффективно сканировать в поисках технологий. Галактический центр находится у нас в прямой видимости, и это самый плотный по количеству звёзд участок. Кроме того, поскольку Галактика формировалась изнутри наружу, самые старые планеты находятся в её центре – а, значит, у них было больше времени для развития жизни.

Также центр служит естественной точкой для обмена и распространения информации. А если вам нужно найти сигнал, по той же логике вам лучше искать его ближе к центру. Также Гаджар с коллегами предположили, что развитая цивилизация способна добывать энергию из центральной сверхмассивной чёрной дыры Млечного пути для питания всегалактического маяка.


Туманности нашей галактике
Вид по направлению к центру Галактики из пустыни Мохаве

Так почему же так тихо?

Все эти соображения не дают ответа на наш вопрос – а где все? Возможная скорость колонизации Галактики усложняет поиск ответа. Более того, Кэрролл-Нелленбек с коллегами отмечают, что в процессе колонизации передовая цивилизация может разработать новые технологии для двигателей, укорачивающие время, необходимое для расселения. При этом предварительное сканирование галактического ядра в радиодиапазоне не обнаружило никаких сигналов. Может быть, ответом является само молчание. Галактика настолько стара, что у жизни было время распространиться повсеместно, поэтому некоторые считают, что такое молчание обрекает все мечты на встречу с разумом на неудачу.

Но надежда всё ещё есть! Исходя из симуляции, возможно, что некоторые части Галактики не будут заселены даже по прошествии значительного времени. Весь вопрос в эффективности. Вспомним, что колонизация идёт по наикратчайшим путям. Со временем некоторые колонии вымирают и становятся утерянными – возможно, из-за катаклизмов или истощения ресурсов. Вместо того, чтобы углубляться в космос, цивилизации решают заново заселить вымершие колонии, поскольку те находятся ближе. Формируются скопления населённых колоний, окружённые необитаемыми планетами, которые никто так и не населит. Достигается статическое равновесие, при котором определённые участки Млечного Пути просто неэффективно будет колонизировать.

Есть и другие способы объяснить молчание. Возможно, долгоживущие цивилизации устойчиво развиваются с меньшей скоростью, чем мы думаем. Возможно, различные цивилизации, колонизируя Галактику, стараются держаться подальше друг от друга. Возможно, цивилизации стараются не вмешиваться в развитие таких планет, как наша, или опасаются биологической несовместимости на других мирах. Всё это может объяснить, почему мы ни с кем до сих пор не встретились – если мы действительно не встретились.

Похороненное прошлое

Кэрролл-Нелленбек с коллегами рассмотрели понятие «временного горизонта» – точки в истории, после которой на Земле уже не могут сохраниться следы предыдущих колонизаций. Допустим, миллиарды лет назад на Землю прибыла галактическая инопланетная цивилизация, прожила тут несколько тысяч лет, и вымерла. За прошедшее с тех пор время не останется никаких свидетельств их существования. Поэтому возможно, что хотя мы и не встречали инопланетян, то их встречала Земля.

Судя по симуляции, и исходя из нашего местоположения в Галактике, существует 89% вероятность того, что между визитами инопланетных кораблей проходит миллион лет – потенциально этого достаточно для того, чтобы стереть все следы предыдущих колонизаций. Симуляция говорит, что между пустой и целиком заполненной Галактикой есть промежуточные варианты – это объясняет молчание, одновременно не исключая возможности существования технологически развитой инопланетной цивилизации.

Шаровая жизнь?

Хотя центр Галактики кажется идеальной целью для будущих исследований SETI, у неё есть и другие участки с похожими благоприятными условиями – шаровые скопления.

Это древние собрания звёзд, вращающихся вокруг центра Галактики на расстоянии в десятки тысяч световых лет от него. Это пережитки периода активного формирования звёзд, подогреваемого слияниями галактик. Всего в Млечном Пути известно порядка 150 шаровых скоплений (ШС) возрастом 10-13 млрд лет.

Трёхмерная модель известных ШС и их местоположение в Млечном Пути

ШС чрезвычайно плотны, звёзды в них расположены гораздо ближе друг к другу, чем в среднем в диске Млечного Пути. Рассуждая о межзвёздных путешествиях или передаче сигналов, мы обычно говорим о тысячелетиях. Однако цивилизации, возникшая в ШС, на межзвёздные перелёты хватит и нескольких лет, а на передачу сигналов – нескольких месяцев или даже недель. Проблема в том, что плотность звёзд в ШС может отрицательно сказаться на формировании планет и их орбитальной стабильности.

Р. Ди Стефано и А. Рэй подсчитали «зону обитаемости ШС». Обычно под «зоной обитаемости» мы понимаем радиус орбиты планеты, при котором на её поверхности может существовать жидкая вода. Земля, по счастью для нас, находится в обитаемой зоне Солнца. В ШС зона обитаемости – это радиус не двумерной окружности, а трёхмерной оболочки с центром в центре скопления. Внутренняя часть этой толстой оболочки начинается там, где плотность ШС падает до такой степени, чтобы звёздные системы могли быть стабильными с учётом гравитационного взаимодействия близлежащих звёзд. Притяжение ближайшей звезды может разрушить планетарный пылевой диск, из которого формируются планеты. Звезда, проходящая близко к другой звезде, может выбить с орбиты одну из её планет.

Внешняя часть оболочки начинается там, где плотность звёзд падает настолько, что среднее расстояние между звёздами становится больше 10 000 а.е., или примерно двух световых месяцев. После этого преимущества нахождения в скоплении – небольшое расстояние для перелёта и быстрые коммуникации – сходят на нет. Зона между двумя «стенками» оболочки идеально подходит для колонизации – звёзды достаточно близко для быстрых перелётов и обмена сообщениями, но не настолько близко, чтобы разрушать системы друг друга.

Нам нужно, чтобы в это идеальное множество входили звёзды небольшой массы, живущие дольше остальных. По счастливому стечению обстоятельств у звёзд малой массы также минимальный радиус обитаемых зон. А чем ближе планета к материнской звезде, тем меньше вероятность, что другая звезда выбьет её с орбиты. В ШС также проявляется эффект «массовой сегрегации», когда наиболее массивные звёзды, с менее всего подходящими для заселения системами, притягиваются к центру. Поэтому сегрегация естественным образом выстраивает звёзды от наименее подходящих к наиболее подходящим по направлению от центра к периферии.

Получается, что в гипотетическом ШС, приближающемся по массе к 100 000 солнечных, в идеальные условия для колонизации попадают 40% звёзд класса G (жёлтые карлики типа нашего Солнца) и 15% звёзд классов К и М (оранжевые и красные карлики). Это довольно много. Существует даже возможность, что планеты, выброшенные из систем, смогут поддерживать цивилизацию благодаря общей энергии всех звёзд, получаемой в скоплении со всех сторон – особенно если у цивилизации будет продвинутая технология её сбора. Представьте – свободно путешествующий в космосе инопланетный мир.

Ди Стефано и Рэй предположили, что даже если у 10% звёзд в ШС будут обитаемые планеты, 1% из них будет пригоден для разумной жизни, а на 1% от последних будут существовать цивилизации, владеющие передачей сигналов, то в каждом ШС Млечного Пути должна будет существовать хотя бы одна такая цивилизация. Если взять чуть более оптимистичные цифры, получится, что в разреженном диске могло бы существовать больше цивилизаций, но они были бы разделены значительными расстояниями в 300 световых лет.

Если бы вы жили в ШС, вы могли бы попытаться связаться с далёким диском Млечного Пути. Нам же ещё пока предстоит найти прямые свидетельства хотя бы существования планет в ШС. Наши технологии поиска экзопланет не дают искать их на таком расстоянии и в таком плотном окружении, как ШС. Однако если всё же в ШС будет существовать цивилизация, способная дотянуться до тысяч звёзд, то Ди Стефано и Рэй считают, что она будет, по сути, «бессмертной».

Туманности нашей галактике

Мы отправляли радиосообщение в один из таких ШС – красивое звёздное скопление M13 в созвездии Геркулеса. Оно находится в 22 000 световых лет от нас, имеет диаметр в 145 световых лет, и состоит из 100 000 звёзд. В 1974 году сообщение в М13 было направлено с радиотелескопа Аресибо. В сообщении содержались числа от 1 до 10, химические компоненты ДНК, изображение человека, изображение солнечной системы и самого телескопа. Длительность сообщения составила 3 минуты. Дойдёт оно до скопления через несколько тысяч лет.

Вероятно, что когда оно туда доберётся, разобрать его будет уже невозможно. Но, возможно, когда-нибудь мы повстречаем цивилизацию, распространяющуюся по галактике. Или же мы сами станем такой цивилизацией.

Источник: habr.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.