Это наша Галактика - Млечный Путь. Ей примерно 12 миллиардов лет. Галактика представляет собой огромный диск с гигантскими спиральными рукавами и утолщением в центре. В космосе таких галактик несчётное множество. - Прежде всего Галактика представляет собой крупное скопление звёзд. В среднем она насчитывает сотню миллиардов звёзд. Это настоящий звёздный инкубатор - место, где звёзды рождаются и где они умирают. Звёзды в галактике появляются в облаках пыли и газа, так называемых туманностях.
Перед нами «Столпы творения» в туманности Орла - звёздном инкубаторе в самом сердце Млечного Пути. Наша Галактика содержит миллиарды звёзд, многие из которых окружены планетами или лунами. Долгое время мы знали о галактиках совсем немного. Ещё сотню лет назад человечество считало, что Млечный Путь - единственная галактика. Учёные называли его «нашим островом во Вселенной». Другие галактики для них не существовали. Но в 1924 году астроном Эдвин Хаббл изменил общее представление. Хаббл наблюдал космос с помощью самого совершенного телескопа своего времени с диаметром линзы 254 сантиметра, расположенном в обсерватории Маунт-Вилсон близ Лос-Анджелеса. Глубоко в ночном небе он разглядел неясные клубы света, которые находились очень далеко от нас. Учёный пришёл к выводу, что это не единичные звёзды, а целые звёздные города, галактики далеко за пределами Млечного Пути. - Астрономы испытали настоящий пространственно-временной шок. Буквально за год мы переместились из Вселенной внутри Млечного пути во Вселенную из миллиардов таких галактик. Хаббл совершил одно из величайших открытий в астрономии. В космосе существует не одна галактика, а великое множество галактик. Наша Галактика имеет вихревую структуру, у неё есть два спиральных рукава, и она насчитывает около 160 миллионов звёзд. Галактика М 87 представляет собой гигантский эллипс. Это одна из старейших галактик во Вселенной, и звёзды в ней излучают золотистый свет.
А это галактика Сомбреро, в её центре имеется огромное светящееся ядро, окружённое кольцом газа и пыли. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Галактики великолепны. В каком-то смысле они представляют собой основную единицу Вселенной. Они подобны гигантским цевочным колёсам, которые вращаются в космосе. Это настоящие фейерверки, созданные самой природой. Галактики огромны - настоящие гиганты. На Земле расстояние меряют в километрах, в космосе астрономы используют единицу длины «световой год» - расстояние, проходимое светом за год. Оно примерно равно девяти с половиной триллионам километров. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Мы находимся в 25 тысячах световых лет от центра нашей Галактики, а её диаметр составляет 100 тысяч световых лет. Но даже с такими внушительными размерами она лишь малая крупинка на необъятных просторах космоса. Галактика Млечный Путь кажется нам огромной. Но по сравнению с другими галактиками Вселенной она достаточно мала. Наш ближайший галактический сосед - Туманность Андромеды - достигает в диаметре 200 тысяч световых лет, в 2 раза больше нашего Млечного Пути. М 87 - самая крупная эллиптическая галактика в ближайшем космическом пространстве. Она намного крупнее Андромеды, но по сравнению с другим гигантом М 87 кажется крошечной. IC 10 11 в ширину составляет 6 миллионов световых лет. Это самая крупная из известных галактик. Она в 60 раз крупнее Млечного Пути. Итак, мы знаем, что галактики огромны, они повсюду. Но откуда они взялись? - Одним из важнейших вопросов астрофизики является происхождение галактик. Мы до сих пор не имеем на него точного ответа. Вселенная началась с Большого взрыва, который произошёл примерно 13,7 миллиарда лет назад и представлял собой невероятно горячую, очень плотную фазу. Нам известно, что в то время не могло существовать ничего, подобного галактикам. Поэтому можно сказать, что они появились на рассвете Вселенной. Чтобы создать звёзды, нужна гравитация. Чтобы объединить звёзды в галактики, её нужно ещё больше. Первые звёзды появились спустя всего 200 миллионов лет после Большого взрыва. Затем гравитация стянула их вместе. Так появились первые галактики. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Космический телескоп Хаббл позволили нам заглянуть в прошлое, добраться почти до истока времён, в период, когда первые галактики только начали формироваться. Телескоп Хаббл видит множество галактик, но свет большинства из них покинул источник тысячи, миллионы, даже миллиарды лет назад. Всё это время он летел к нам. Таким образом, сегодня мы обозреваем галактики, которые уже стали историей. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если с помощью Хаббла заглянуть поглубже в космос, можно увидеть небольшие пятнышки, едва ли похожие на существующие галактики. Эти смутные пятна света, скопления миллионов, миллиардов звёзд, которые только начинали объединяться. Эти тусклые пятна - самые ранние из галактик. Они образовались спустя примерно миллиард лет после начала Вселенной. Дальше этого времени Хаббл бессилен. Если нам нужно исследовать более глубокие слои прошлого, нужен другой телескоп. Больше чем тот, который можно запустить в космос. Теперь у нас такой есть в высокой пустыне Северного Чили. Его название АСТ - Атакамский космический телескоп. Этот высочайший из наземных телескопов расположен на отметке 5190 метров над уровнем моря. - Мне очень нравится работать на АСТ в экстремальных погодных условиях. Здесь бывает очень холодно и дуют свирепые ветры. Но огромным плюсом для нашей работы является то, что небо практически всегда чистое. Чистое небо является важным условием для точных рефлекторов АСТ, который фокусируется на ранних галактиках. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - С помощью АСТ мы можем приблизить части неба с невероятной точностью. Мы также можем отслеживать развитие таких структур, как галактики и скопления галактик с высочайшей чёткостью изображения. АСТ не распознает видимый свет, только космические микроволны, оставшиеся от времён, когда Вселенной было несколько сотен тысяч лет. С помощью этого телескопа можно не просто видеть разные галактики, но и следить за их ростом. Профессор Сюзанна Стагс, физик: - Мы способны проследить процессы формирования галактик и их скоплений. Мы видим следы каждой из них, начиная с нескольких сот тысячелетий от начала мира до сегодняшнего дня. АСТ помог астрономам понять, как развивались галактики практически от начала времён. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Начали отвечать на вопросы: как выглядели галактики в начале создания, похожи ли они на современные галактики, как они росли и развивались. Астрономы наблюдают, какой путь прошли галактики от небольших скоплений звёзд до сегодняшней сети звёздных систем. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - По нашим сегодняшним представлениям, звёзды образуют скопления, которые объединяются в галактики, которые, в свою очередь, образуют скопления галактик, а те формируют сверхскопления галактик - самые крупные единицы космоса на сегодня. Ранние галактики представляли собой бесформенные комки звёзд, газа и пыли. Сегодня же галактики приняли аккуратный упорядоченный вид. Как хаотичные скопления звёзд превратились в стройные эллиптические спиральные системы? С помощью гравитации. Сила притяжения объединяет звёзды, управляет их будущим развитием. В центре большинства галактик существует невероятно мощный разрушительный источник гравитации. И наш Млечный Путь не исключение. Галактики существовали более 12 миллиардов лет. Нам известно, что эти обширные империи звёзд принимают самые разные формы от вихревых спиралей до громадных шаров из звёзд. Всё же многое в галактиках остаётся для нас загадкой. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Как галактики обрели существующую форму? Была ли спиральная галактика всегда в форме спирали? Ответ почти всегда отрицательный. Молодые галактики - бесформенные хаотичные скопления звёзд, газа и пыли. Лишь спустя миллиарды лет они превращаются в такие организованные структуры, как, к примеру, вихревая галактика или наш Млечный Путь. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь вырос не из одного зерна, из множества. То, что сейчас называется галактикой Млечный Путь, когда-то сложилось из множества образований, бесформенных структур, которые объединились в единое целое. Мелкие структуры сходятся благодаря силе притяжения. Она постепенно стягивает звёзды вместе. Они вращаются всё быстрее и быстрее, пока не принимают форму плоского диска. Затем звёзды и газ образуют гигантский спиральные рукава. Этот процесс повторялся на просторах космоса миллиарды раз. Каждая галактика неповторима, но все их объединяет одно: они все вращаются вокруг своего центра. Годами учёные гадали: что обладает достаточной силой, чтобы изменить поведение галактики? И наконец ответ был найден. Чёрная дыра. И не просто чёрная дыра, а сверхмассивная чёрная дыра. - Первым ключом к существованию сверхмассивных чёрных дыр стали галактики, из центра которых вырывался мощный столб энергии. Нам казалось, что эти чёрные дыры питались близлежащими объектами. Что-то вроде гигантского пира в честь Дня благодарения. Пищей для сверхмассивных чёрных дыр служат газ и звёзды. Иногда чёрная дыра поглощает их слишком жадно, и пища выбрасывается обратно в космос в виде луча чистой энергии. Это называется квазар. Когда учёные видят квазар, бьющий из центра галактики, они знают, что у неё есть сверхмассивная чёрная дыра. Как же быть с нашей Галактикой? Ведь у неё нет квазара. Значит ли это, что у неё отсутствует сверхмассивная чёрная дыра? Андреа Гез и её команда вот уже 15 лет пытаются это выяснить. Профессор Андреа Гез, астроном: - Выяснить, есть ли в Млечном Пути сверхмассивная чёрная дыра, можно по движению звёзд. Звёзды вращаются, повинуясь силе тяготения, как и планеты вокруг Солнца. Однако звёзды, расположенные ближе к центру Галактики, скрыты облаками пыли. Поэтому Гез использовала гигантский телескоп Кек на Гавайях, чтобы увидеть сквозь пыль. Её глазам предстала странная и жестокая картина. Профессор Андреа Гез, астроном: - В центре нашей Галактики всё доведено до крайности. Объекты движутся на огромной скорости, звёзды проносятся мимо одна за другой. Всё клокочет, всё бурлит. Такого не увидишь ни в одной точке нашей Галактики. Гез и её команда начали делать снимки некоторых звёзд, вращающихся ближе к центру Галактики. Профессор Андреа Гез, астроном: - Мы поставили себе задачу сделать видеоролик со звёздами в центре Галактики. Пришлось запастись терпением и делать снимок за снимком, прежде чем звёзды задвигались. Фотографии вращающихся звёзд открыли удивительную вещь. Скорость их вращения составила несколько миллионов километров в час. Профессор Андреа Гез, астроном: - Самым волнующим в этом эксперименте был момент, когда мы получили второй снимок и стало ясно, что звёзды вращаются много быстрее обычного. Это полностью подтверждало гипотезу и сверхмассивной чёрной дыре.
Гипотеза была верна. Гез и её команда проследили траекторию звёзд и вычислили расположение от центра их вращения. Существует только одна вещь, достаточно мощная, чтобы вращать вокруг себя громадные звёзды, - сверхмассивная чёрная дыра. Профессор Андреа Гез, астроном: - Только сила притяжения сверхмассивной чёрной дыры заставляет звёзды вращаться. Их траектории стали доказательством сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Чёрная дыра в центре Млечного Пути имеет гигантские размеры. Её ширина 24 миллиона километров. Есть ли опасность для нашей планеты? Профессор Андреа Гез, астроном: - Нет ни малейшей опасности, что нас засосёт в сверхмассивную чёрную дыру. От нас слишком далеко.
Планета Земля находится на расстоянии 25 тысяч световых лет от чёрной дыры в центре Млечного Пути. Это многие миллиарды километров, так что Земля в безопасности. Пока. Сверхмассивные чёрные дыры могут быть источником мощной гравитации. Но у них не хватит сил, чтобы удержать связь между телами галактики. По всем законам физики галактики должны распадаться. Почему этого не происходит? В космосе существует сила более мощная, чем сверхмассивная чёрная дыра. Её нельзя увидеть, и практически невозможно вычислить. Но она существует, она называется тёмной материей, и она повсюду. Астрономы выяснили, что в центре галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, которые притягивают звёзды на высоких скоростях. Но чёрные дыры недостаточно сильны, чтобы соединить все звёзды гигантской галактики в единое целое. Что же это за сила? Это оставалось загадкой, пока один независимый учёный не предположил, что мы имеем дело с чем-то неизведанным. В 30-е годы 20 века швейцарский астроном Фриц Цвикки задался вопросом, почему галактики не распадаются. По его расчётам, они не вырабатывают достаточно силы притяжения, следовательно, должны разлетаться по космосу. - Он заявил: «Я вижу своими глазами, что они не распадаются, а держатся вместе плотной группой. А значит, что-то не даёт им распадаться. Но их собственная сила притяжения не имеет достаточной мощи для этого. Поэтому заключу, что существует нечто, о чём неизвестно человечеству, нечто невообразимое». Он дал ему имя - тёмная материя. Это было как божественное откровение. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Фриц Цвикки опередил своё время на несколько десятков лет, и, конечно, наткнулся на непонимание коллег-астрономов. Но в конечном итоге, он был прав. Если то, что Цвикки назвал тёмной материей, объединяло галактики в группы, возможно, оно же не давало распадаться отдельным галактикам. Чтобы это проверить, учёные сконструировали на компьютере виртуальные галактики с виртуальными звёздами и виртуальной гравитацией. - Мы сделали модель галактики, заселили её звёздами на орбитах в форме плоского диска. В точности, как наша Галактика. И решили, что создали идеальную галактику. Мы гадали, станет ли она спиральной или какой-то другой. Но все наши галактики разлетались на кусочки. Этой галактике не хватало гравитации, чтобы оставаться единым целым, поэтому Острайкер добавил её вместе с виртуальной тёмной материей. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Естественно, нам захотелось попробовать, это решило проблему. Всё получилось. Сила притяжения тёмной материи оказалась связующей силой галактики. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная материя играет роль строительных лесов галактики. С её помощью галактики фиксируются на месте и не распадаются на отдельные тела. Теперь учёные предполагают, что тёмная материя не только поддерживает галактику, но даёт толчок её рождению. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Мы считаем, что первые скопления тёмной материи появились в результате Большого взрыва. Через какое-то время эти скопления стали явными - зёрнами, из которых выросли галактики. Но учёные до сих пор не знают, что же такое тёмная материя. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная материя остаётся чем-то необъяснимым. Мы не понимаем её сущности. Но она однозначно сделана из другого материала… Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - …чем мы с вами. На неё нельзя опереться, её нельзя потрогать. Возможно, она окружает нас повсюду, подобно призраку, который проходит тебя насквозь, как будто ты вовсе не существуешь. Мы можем не знать о тёмной материи, но космос наполнен ею. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Вес тёмной материи эквивалентен, по крайней мере, шестикратному весу Вселенной из обычной материи, то есть, из которой сделаны все мы, без которой невозможно представить нормальную работу законов Вселенной. Однако эти законы работают. Получается, тёмная материя действительно существует. И недавно её следы обнаружены в глубоком космосе. Сделать такое утверждение помогли наблюдения за её влиянием на поведение света. Траектория луча искривляется. Это явление называется гравитационной линзой.
Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Гравитационная линза позволяет определить присутствие тёмной материи. Как оно работает? Представьте, что луч света из какой-нибудь дальней галактики летит к нам. Если на его пути встречаются крупные скопления тёмной материи, его траектория обогнёт тёмную материю под действием силы притяжения.Если смотреть на космические глубины в телескоп Хаббл, форма некоторых галактик представляется искажённой и вытянутой.
Это происходит из-за того, что тёмная материя деформирует изображение. Она как бы помещает её в круглый аквариум. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Проанализировав очертания этих галактик и степень искажения, можно с определённой точностью рассчитать в них количество тёмной материи. Теперь стало ясно, что тёмная материя является неотъемлемой частью космоса. Она существует с начала времён и оказывает влияние на всё и повсеместно. Она создаёт условия для рождения галактик и не даёт им распадаться. Она не видна взглядом, не вычисляется приборами, но, тем не менее, тёмная материя - хозяйка Вселенной. Кажется, что галактики существуют отдельно. Между ними действительно триллионы километров, но, тем не менее, галактики объединены в группы, скопления галактик. Скопления галактик образуют сверхскопления, в которые входят десятки тысяч галактик. Какое место среди них занимает наш Млечный Путь? Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - На общем плане космоса видно, что наша Галактика является частью небольшой группы примерно из тридцати галактик. Наш Млечный Путь и Туманность Андромеды в ней самые крупные. Но, если взглянуть шире, мы лишь небольшая часть сверхскопления галактик под названием Дева. В настоящее время учёные составляют общую карту Вселенной, определяют места расположения галактических скоплений и сверхскоплений. Это обсерватория Апачи - Пойнт в штате Нью-Мексико, в которой находится Слоановский цифровой небесный обзор. Это всего лишь небольшой телескоп, но на него возложена уникальная миссия. Цифровой обзор Слоана составляет первую трёхмерную карту звёздного неба. Она позволит определить точное расположение десятков миллионов галактик. Для этого обзор Слоана охотится за галактиками далеко за пределами Млечного Пути. Он точно определяет расположение галактики, эта информация записывается на алюминиевые диски. - Эти алюминиевые диски в ширину около 30 дюймов и имеют по 640 сквозных отверстий, каждое из которых предназначено для нужного объекта в космосе. Космические объекты - это галактики. Свет от галактики проходит сквозь отверстие и дальше по кабелю из оптоволокна. Таким способом можно записывать сведения о расстоянии и местоположении тысяч галактик и наносить их на трёхмерную карту. Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Мы определяем их очертания, состав, а также то, насколько равномерно они рассыпаны по космическому пространству. Всё это очень важно для астрономии, для понимания законов Вселенной.
Перед нами плоды их работы: крупнейшая трёхмерная карта из существующих сегодня. Карта демонстрирует вещи, до этого недоступные взору: целые скопления и сверхскопления галактик. И картина мира продолжает раздвигаться. Мы видим, что сверхскопления галактик образуют цепочки - филаменты. Обзор Слоана обнаружил одну протяжённостью в 1,4 миллиарда световых лет. Её назвали Великой стеной Слоуна. Это самая крупная единичная структура, открытая в истории науки.
Дэн Лонг, инженер Слоановского цифрового обзора неба: - Ты чувствуешь колоссальность этого пространства. Мимо твоего взгляда проносятся скопления, филаменты, и каждый из этих крохотных комочков света - огромные галактики. Не звёзды, а целые галактики, и их вокруг сотни и тысячи. Обзор Слоана показывает галактическую географию в крупном масштабе. Учёные пошли дальше. В сверхмощном компьютере они построили целую Вселенную. И здесь не разглядеть отдельные галактики, трудно разобрать даже их скопления. На экране можно увидеть только сверхскопления галактик, составляющие гигантскую космическую паутину филаментов.
Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Если вглядеться в масштабную картину космоса, можно различить узор филаментов, космическую паутину, состоящую из галактик и их скоплений, которые простираются в тысячи различных направлений. С этой точки космос напоминает по своей структуре гигантскую губку. Каждый филамент служит приютом миллионам галактических скоплений, все они связаны между собой тёмной материей. На этой компьютерной модели видно, как тёмная материя просвечивает сквозь сплетения филаментов. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Тёмная материя влияет на местоположение галактики во Вселенной. Посмотрите на галактики: они не рассыпаны по космосу беспорядочно. Они собираются небольшими группами, что в очередной раз свидетельствует о масштабе распространения тёмной материи. Тёмная материя поддерживает всю макроструктуру космоса. Она связывает галактики в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления. Сверхскопления вплетены в цепочки филаментов. Без тёмной материи вся структура космоса просто развалится на части. Вот наша Вселенная крупным планом.
Где-то в глубинах этой гигантской космической паутины, в одном из филаментов приютилась и наша Галактика - Млечный Путь. Он существует уже около 12 миллиардов лет, и ему предстоит погибнуть в мощном космическом столкновении. Галактики - это обширные царства звёзд. Некоторые представляют собой огромные шары, другие - сложные спирали, но все они постоянно меняются. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Когда мы смотрим на свою Галактику, нам кажется, что она неизменна и существовала вечно. Но это не так. Наша Галактика находится в постоянном движении, её природа менялась с течением космического времени. Галактики не только меняются, но и передвигаются. Случается, что галактики сталкиваются друг с другом, и тогда одна поглощает другую. - Во Вселенной существует целая стая различных галактик, которые взаимодействуют и сталкиваются между собой - с другими членами стаи.
Это NGC 2207. На первый взгляд, она похожа на огромную двойную спиральную галактику, но на самом деле это две столкнувшиеся галактики. Столкновение продлится миллионы лет, и в конечном итоге две галактики сольются в одну. Подобные столкновения происходят в космосе повсеместно, и наша Галактика не исключение. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Млечный Путь, по сути, является каннибалом. Он приобрёл свою настоящую форму, поглотив множество более мелких галактик. Даже сегодня на его теле видны небольшие полоски звёзд оставшихся без границ бывших отдельных галактик, которые пополнили собой Млечный Путь. Но это «цветочки» по сравнению с тем, что ждёт нас в будущем. Мы стремительно движемся навстречу галактике Туманность Андромеды, и для Млечного Пути это не сулит ничего хорошего. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Млечный Путь приближается к Андромеде со скоростью примерно 250 тысяч миль в час, а это значит, что через 5–6 миллиардов лет нашей Галактики не станет. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Андромеда надвигается на нас всей своей чудовищной массой. При взаимодействии галактик каждая из них в отдельности распадается, и их тела постепенно перемешиваются, нарастают, как снежный ком. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Две галактики начинают пляску смерти.
Это воспроизведение будущего столкновения, ускоренное в миллионы раз. При столкновении двух галактик клубы газа и пыли разлетаются во все стороны. Сила притяжения сливающихся галактик срывает звёзды с орбит и забрасывает в тёмные глубины Вселенной. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Судный день Млечного Пути станет живописной картиной, и мы будем наблюдать разрушение нашей Галактики из первых рядов. Постепенно две галактики пройдут друг друга насквозь, а затем вернутся, чтобы слиться в единое целое. Как ни странно, звёзды не столкнутся между собой. Они по-прежнему слишком далеко друг от друга. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Звёзды просто перемешаются. Вероятность столкновения двух отдельных звёзд фактически равна нулю. Однако пыль и газ между звёздами начнут разогреваться. В какой-то момент они воспламенятся, и сталкивающиеся галактики раскалятся добела. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - В какой-то момент в небесах может разгореться настоящий пожар. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофизик: - Галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды перестанут существовать. Появится новая галактика - Мелкомеда, которая станет новой космической единицей. Новая галактика Мелкомеда будет иметь вид огромного эллипса без рукавов и спиралей. Избежать будущего нам не удастся. Вопрос в том, что оно принесёт планете Земля. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Нас может либо отбросить в открытый космос вместе с обрывками рукавов Млечного Пути, либо засосать в тел новой галактики. Звёзды и планеты раскидает по всей галактике и за её пределы, и для планеты Земля это может стать печальным концом. Вселенная ещё не раз увидит столкновение галактик. Но эра галактического каннибализма тоже когда-нибудь закончится. Галактики служат приютом звёздам, солнечным системам, планетам и лунам. Галактика обеспечивает себя всем необходимым. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактики - это живая кровь в теле Вселенной. Мы существуем потому, что мы возникли внутри Галактики, и всё, что мы видим, всё, что имеет для нас значение, происходит внутри Галактики. При всём этом галактики представляют собой хрупкие структуры, соединённые воедино тёмной материей. Учёные обнаружили ещё одну действующую силу Вселенной. Её называют тёмной энергией. Тёмная энергия действует в противовес тёмной материи. Если одна соединяет галактики, то другая отделяет их друг от друга. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия, о которой нам известно буквально одно десятилетие, является доминантой космоса и представляет собой ещё большую тайну. У нас нет ни малейшего понятия - зачем она нужна. Доктор Эндрю Бенсон, астрофизик: - Трудно сказать, из чего она состоит. Мы знаем, что она есть, но что это такое, какая у неё функция, остаётся загадкой. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Тёмная энергия - странная штука. Кажется, космическое пространство пронизано крохотными источниками, которые заставляют предметы отталкиваться друг от друга. Учёные считают, что в далёком-далёком будущем тёмная энергия выиграет космическую битву с тёмной материей, и галактики начнут распадаться. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Тёмная энергия истребит галактики. Это произойдёт, когда остальные галактики начнут постепенно удаляться от нашей, пока не пропадут из поля зрения. И так как галактики разлетятся в стороны со скоростью выше скорости света, они буквально исчезнут с наших глаз. Не сегодня, не завтра, но, возможно, через триллионы лет мы останемся в пустой Вселенной. Галактики станут одинокими островами на бескрайних просторах космоса. Но это случится ещё очень нескоро. Сегодня Вселенная процветает, а галактики создают все условия для существования жизни. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Без галактик меня бы здесь не было, вас бы не было, да и жизнь могла бы не зародиться вовсе. Нам несказанно повезло: жизнь зародилась на Земле только благодаря тому, что наша крохотная Солнечная система находится в нужной части Галактики. Расположись мы чуть ближе к центру, мы бы не выжили. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Жизнь в центре Галактики очень жестокая, и, если бы наша Солнечная система располагалась ближе к центру, там было бы столько радиации, что мы не смогли бы выжить. Жить слишком далеко от центра тоже не лучше. Количество звёзд на краях Галактики резко уменьшается. Нас бы могло вообще не быть. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Можно сказать, что мы выбрали золотую середину Галактики: не далеко, не близко, а точно в яблочко. Учёные верят, что этот золотой пояс Галактики может включать миллионы звёзд, а среди них наверняка найдутся другие Солнечные системы, способные поддерживать жизнь. И они находятся в нашей собственной Галактике. И если у нас есть обитаемая зона, в других галактиках она тоже может существовать. Профессор Андреа Гез, астроном: - Вселенная огромна, она снова и снова преподносит нам сюрпризы. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Каждый раз, когда мы думаем, что нашли ответ на какой-то вопрос, выясняется, что он привёл нас к ещё большему вопросу. Это разжигает интерес. Наша родная Галактика Млечный Путь и другие галактики во Вселенной ставят перед нами бесконечные вопросы, требующие ответов, и тайны, ещё никем не открытые. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Кто бы мог предположить 10 лет назад, что мы сможем найти чёрную дыру в центре Галактики? Кто из астрономов всего 10 лет назад поверил бы в тёмную материю и тёмную энергию? Всё больше учёных посвящают свои исследования галактикам. Именно в них лежит ключ к пониманию законов Вселенной. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Разве это не удивительно - жить на этом отрезке времени в истории космоса на этой маленькой планете на окраинах случайной галактики и получать ответы на вопросы о Вселенной с самого её начала и до самого конца. Мы должны бесконечно радоваться этому краткому моменту в лучах Солнца. Галактики рождаются, развиваются, сталкиваются и погибают. Галактики - это сверхзвёзды для мира науки. У каждого учёного-астронома есть свои любимчики. Профессор Майкл Стросс, астрофизик: - Вихревая галактика или М51. Профессор Джереми Острайкер, астрофизик: - Если бы можно было повесить её на стену, я бы выбрал галактику Сомбреро. Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик: - Галактика Сомбреро, кольцевые галактики - они очень красивы. Профессор Митио (Мичио) Каку, физик: - Моя любимая галактика - Млечный Путь. Это мой родной дом. Нам повезло, что Млечный Путь даёт нам всё необходимое для жизни. Наша судьба напрямую зависит от нашей Галактики и от всех остальных галактик. Они создали нас, они придали нашей жизни форму, и наше будущее в их руках.
Связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.
Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные . Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.
По классификации, предложенной астрономом Эдвином Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:
- эллиптические(E),
- линзообразные(S0),
- обычные спиральные(S),
- пересеченные спиральные(SB),
- неправильные (Ir).
Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.
Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.
Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.
Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.
Линзообразные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело - линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.
Неправильные галактики — это галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.
Эволюция галактик
Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции , происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.
С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.
Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.
Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения . К ним относится наше .
Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.
Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них, «активность».
В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали . Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.
» Галактики и Вселенная
Как при наблюдении отличить комету без хвоста от обычной туманности?
Комета перемещается относительно звезд. Это перемещение можно заметить за несколько часов или даже за несколько десятков минут.
Каких звезд больше всего в галактиках?
Звезд с малыми массами существенно больше, чем звезд с большими массами. Основная часть звезд с малыми массами - это красные карлики.
Почему старые звезды спиральных галактик образовывают сферическую подсистему, а молодые - тонкий вращающийся диск?
Самые старые звезды в таких галактиках занимают область пространства примерно такую же, какое занимало протогалактическое облако, из которого они сформировались. Оставшемуся газу сжаться в галактической плоскости мешали центробежные силы, отбрасывая его от центра. В результате в плоскости вращения спиральных галактик возник тонкий вращающийся газовый диск, в котором и образуются самые молодые звездные объекты галактики.
Какое самое древнее космическое тело попадало в руки человека?
Возраст одного из образцов лунной породы, привезенного на Землю экспедицией «Аполлон-15», оценен в 4 млрд 150 млн лет.
Какие галактики видны невооруженным глазом?
Одна из таких галактик - это наша галактика Млечный Путь. Мы рассматриваем ее изнутри, поэтому она представляется в виде светлой полосы на ночном небе. Следующая галактика - это знаменитая туманность Андромеды. Она видна невооруженным глазом в виде светящегося пятнышка. Кроме этих галактик на южном небе хорошо видны спутники нашей галактики - Большое и Малое Магеллановы Облака.
Почему в веществе самых старых звезд галактики очень мало тяжелых элементов, а в веществе самых молодых, наоборот, повышенное их содержание?
Самые старые звезды образовались из бедного тяжелыми элементами протогалактического газового облака. Массивные звезды, быстро эволюционируя, взрывались и обогащали газ протогалактики образовавшимися в них тяжелыми элементами. Поздние поколения звезд образовались из веществ с большим содержанием металлов.
Какие космические объекты напоминают гигантские атомные ядра? Могут ли они состоять из протонов?
Нейтронные звезды в основном состоят из плотно упакованных нейтронов. В таком состоянии нейтронную звезду можно рассматривать как гигантское атомное ядро. Космическое тело не может состоять из одних протонов, так как между ними возникнут гигантские силы отталкивания и тело разрушится.
Каким образом на звездах может возникнуть сильное рентгеновское излучение?
В двойной звездной системе одним из компонентов может быть нейтронная звезда. Вещество, засасываемое этой звездой, в ее окрестностях разгоняется до очень высоких скоростей. При соударении вещества с поверхностью выделяется энергия в виде рентгеновского излучения. Такое излучение может возникнуть и при столкновении между собой падающих на черную дыру частиц.
Какие космические тела не могут быть разделены, в то время как их слияние возможно?
Такими свойствами обладают только черные дыры.
Где в космосе образовались химические элементы, из которых состоит тело человека?
Человеческое тело на 65% состоит из кислорода, на 18% из углерода, а также азота, магния, фосфора и многих других элементов. Всего в живых организмах установлено 70 химических элементов. Все элементы, более тяжелые, чем водород и гелий, включая железо, синтезировались при термоядерных реакциях в недрах звезд. Химические элементы, более тяжелые, чем железо, образовались во время вспышек сверхновых звезд.
Как доказать, что Солнце расположено и всегда находилось близко к галактической плоскости?
Свидетельством того, что Солнце находится близко к середине галактического диска, является то, что середина Млечного Пути почти совпадает с большим кругом небесной сферы. Вектор скорости Солнца относительно центра галактики тоже лежит в галактической плоскости. Это указывает на то, что Солнце всегда двигалось в этой плоскости.
Влияет ли расширение Вселенной на расстояние Земли:
1) до Луны;
2) до центра Млечного Пути;
3) до галактики М 31 в созвездии Андромеды;
4) до центра местного сверхскопления галактик?
В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами, а в последнем, четвертом, - влияет.
Можно ли увидеть прошлое Вселенной?
Это может сделать любой человек, наблюдая звездное небо. Чем дальше от нас расположены звезды или галактики, тем дольше от них идет свет и в тем более далекое прошлое можно заглянуть. Например, самую близкую к нам звездную группу альфу Центавра мы видим такой, какой она была 4,3 года назад. А туманность Андромеды имеет вид, какой был у нее 2,5 млн лет назад.
Почему в различных космических объектах почти одинаковое относительное содержание гелия, но разное содержание более тяжелых элементов?
Конечна или бесконечна звездная Вселенная?
Граница наблюдаемой звездной Вселенной находится от Земли на расстоянии порядка 13,4 млрд световых лет. Такое расстояние пройдет свет за время с момента образования первых звезд. На более далеких от нас расстояниях звезд пока не обнаружено.
> Что такое галактика?
Узнайте, что такое галактика : описание формирования во Вселенной, интересные факты с фото Хаббла, Млечный Путь, размеры, количество звезд и темной материи.
Наверняка вы знаете, что Солнечная система не существует обособленно. Вместе с другими звездами, Солнце располагается в . Но что такое галактика ? Если говорить простым языком, то перед вами коллекция звезд, собравшихся на определенном участке при помощи гравитационной силы.
Мы многое узнали о родной галактике, поэтому давайте рассматривать понятие сквозь Млечный Путь. Относится к спиральному галактическому типу и вмещает яркое ядро, плотно наполненное звездами. Остальные звезды вращаются вокруг, создавая приплюснутый диск. Всего в Млечном Пути насчитывают 200-400 миллиардов звезд. Обладает двумя спиральными рукавами, которые выходят за ядром, а также подобием спиральной вертушки, тянущейся к внешним краям. В ширину достигает 100000 световых лет.
Стоит отметить, что наблюдаемые звезды – лишь небольшая часть всей галактики. Она также окружена гигантским ореолом . Ее нельзя рассмотреть, не контактирует с обычной материей и не производит отслеживаемый вид излучения. Но мы можем доказать ее наличие, так как она все же влияет гравитацией на другие объекты. Если звезды занимают примерно 580 миллиардов солнечных масс, то темная материя способна охватить 6 триллионов.
Но наша галактика Млечный Путь – лишь один из примеров. Есть также эллиптические, которых намного больше. Именно здесь встречаются наибольшие представители. Например, с 2.7 триллионами звезд. Наименьший тип – ультракомпактные карликовые, которые лишь немного масштабнее скоплений шарового типа.
Звезды притягиваются и формируют галактики, которые также собираются в скопления. На вершине находятся сверхскопления, способные вмещать миллионы галактик, и достигать сотни миллионов световых лет в ширину. Теперь вы можете сложить представление о том, что такое галактика.
5 удивительных фактов о первых галактиках во Вселенной
Один из самых удивительных фактов о Вселенной – она существовала не всегда. Все, что мы сейчас наблюдаем, появилось из крошечных частичек материи, которые увеличились гравитационно и посредством столкновения и слияния. Когда мы смотрим на отдаленные объекты, то видим свет, который испускался миллионы или миллиарды лет назад (зависит от дистанции).
Однажды технологии достигнут того уровня, что мы увидим Вселенную, лишенную галактик и звезд. Мы ждем запуска космического телескопа Джеймса Уэбба в 2018 году, но сейчас располагаем удивительной пятеркой интересных фактов о наиболее отдаленных объектах с фото.
- Вначале не было планет скалистого типа. Звезда появляется из молекулярного газа. В скоплении формируются крупные газовые облака, превращающиеся в звезды, и небольшие миры, ставшие планетами (из водорода и гелия). Но более тяжелые элементы появились после взрывов первых звезд, которые формируют их при ядерных процессах.
- Ранние галактики были намного меньше современных. Первые сформированные нейтральные атомы начали сливаться в семена с несколькими миллионами солнечных масс. Через 50-200 миллионов лет гравитация заставила их разрушиться и создать первые звезды. Далее гравитация снова заставляет сливаться их в скопление, повышая интенсивность появления новых юных звезд. Так и начали создаваться первые галактики.
- Как бы сильно телескоп Хаббл не старался, но у него не хватает мощности, чтобы разглядеть самые первые галактики. При формировании они наполняются горячими и яркими синими звездами. Но этому свету приходится преодолевать 13 миллиардов лет на пути к нам. Расширение пространства приводит к тому, что УФ-свет смешается в среднюю ИК-область спектра. Поэтому ученые с нетерпением ожидают запуска Джеймса Уэбба.
- Наиболее массивные звезды существовали в ранние времена. Если сейчас заглянуть в ультрамассивную звездную территорию, то сможем отыскать ярчайшие и массивнейшие звезды. Крупнейшей туманностью в нашей территории выступает Тарантул, где проживает древнейшая звезда R136a1. Превосходит солнечную массивность в 250 раз и создана из первозданных водорода и гелия. Но масштабность параметров сумеем добыть с запуском Джеймса Уэбба.
- Первые сверхмассивные черные дыры должны были появиться в галактических центрах с момента их рождения. Удивительно, но чем крупнее звезда, тем короче ее жизненный срок. Наиболее массивные объекты живут всего несколько миллионов лет, после чего умирают в виде сверхновых или же рушатся в черную дыру. Последние стремительно перемещаются в галактические центры, где разрастаются до сверхмассивного типа. Ранние галактики способны вмещать дыры, превосходящие Солнце по массивности в 4 миллионов раз.
Всего существует три главных типа галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. К первым относятся, например, Млечный Путь и Андромеда. В центре расположены объекты и черная дыра, вокруг которых вращается ореол звезд и темная материя. Из ядра ответвляются рукава. Спиральная форма образуется из-за того, что галактика не прекращает вращения. Многие представители обладают лишь одним рукавом, но у некоторых их можно насчитать три и больше.
Таблица характеристик основных видов галактик
Спиральные бывают с перемычкой и без. В первом типе центр пересекается плотным баром звезд. А у вторых подобного формирования не наблюдается.
В эллиптических галактиках проживают самые древние звезды и нет достаточного количества пыли и газа, чтобы создать молодые. Могут напоминать по форме круг, овал или же спиральный тип, но без рукавов.
Примерно четверть галактик представляют группу неправильных. Они меньше, чем спиральные и отображают порой причудливые формы. Их можно объяснить появлением новых звезд или же гравитационным контактом с соседней галактикой. Среди неправильных числятся .
Есть также много галактических подтипов: сейфертовские (спирали с быстрым движением), яркие эллиптические супергиганты (поглощают других), кольцевые (без ядра) и прочие.