Це наша Галактика – Чумацький Шлях. Їй приблизно 12 мільярдів років. Галактика є величезним диском з гігантськими спіральними рукавами і потовщенням в центрі. У космосі таких галактик безліч. - Насамперед Галактика є велике скупчення зірок. У середньому вона налічує сотню мільярдів зірок. Це справжній зоряний інкубатор – місце, де зірки народжуються та де вони вмирають. Зірки в галактиці з'являються у хмарах пилу та газу, так званих туманностях.
Перед нами «Стовпи творіння» у туманності Орла – зоряному інкубаторі в самому серці Чумацького Шляху. Наша Галактика містить мільярди зірок, багато з яких оточені планетами чи місяцями. Довгий час ми знали про галактики зовсім небагато. Ще сотню років тому людство вважало, що Чумацький Шлях – єдина галактика. Вчені називали його «нашим островом у Всесвіті». Інші галактики їм не існували. Але у 1924 році астроном Едвін Хаббл змінив загальну виставу. Хаббл спостерігав космос за допомогою найдосконалішого телескопа свого часу з діаметром лінзи 254 сантиметри, розташованому в обсерваторії Маунт-Вілсон поблизу Лос-Анджелеса. Глибоко в нічному небі він роздивився неясні клуби світла, які були дуже далекі від нас. Вчений дійшов висновку, що це поодинокі зірки, а цілі зоряні міста, галактики далеко поза Чумацького Шляху. - Астрономи зазнали справжнього просторово-часового шоку. Буквально за рік ми перемістилися з Всесвіту всередині Чумацького шляху до Всесвіту з мільярдів таких галактик. Хаббл зробив одне з найбільших відкриттів в астрономії. У космосі існує не одна галактика, а безліч галактик. Наша Галактика має вихрову структуру, має дві спіральні рукави, і вона налічує близько 160 мільйонів зірок. Галактика М 87 є гігантським еліпсом. Це одна з найстаріших галактик у Всесвіті, і зірки в ній випромінюють золотисте світло.
А це галактика Сомбреро, в її центрі є величезне ядро, що світиться, оточене кільцем газу і пилу. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Галактики чудові. У якомусь сенсі вони є основною одиницею Всесвіту. Вони подібні до гігантських цільових коліс, які обертаються в космосі. Це справжні феєрверки, створені самою природою. Галактики величезні – справжні гіганти. На Землі відстань міряють за кілометри, у космосі астрономи використовують одиницю довжини «світловий рік» - відстань, що проходить світлом за рік. Воно приблизно дорівнює дев'яти з половиною трильйонам кілометрів. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Ми знаходимося за 25 тисяч світлових років від центру нашої Галактики, а її діаметр становить 100 тисяч світлових років. Але навіть із такими значними розмірами вона лише мала крупинка на неосяжних просторах космосу. Галактика Чумацький Шлях здається нам величезним. Але в порівнянні з іншими галактиками Всесвіту вона досить мала. Наш найближчий галактичний сусід - Туманність Андромеди - досягає в діаметрі 200 тисяч світлових років, у 2 рази більше за наш Чумацький Шлях. М 87 - найбільша еліптична галактика у найближчому космічному просторі. Вона набагато більша за Андромеду, але в порівнянні з іншим гігантом М 87 здається крихітною. IC 10 11 завширшки становить 6 мільйонів світлових років. Це найбільша з відомих галактик. Вона в 60 разів більша за Чумацький Шлях. Отже, знаємо, що галактики величезні, вони всюди. Але де вони взялися? - Одним із найважливіших питань астрофізики є походження галактик. Ми досі не маємо на нього точної відповіді. Всесвіт почався з Великого вибуху, який стався приблизно 13,7 мільярда років тому і був неймовірно гарячою, дуже щільною фазою. Нам відомо, що на той час не могло існувати нічого, подібного до галактик. Тому можна сказати, що вони з'явилися на світанку Всесвіту. Щоб створити зірки, потрібна гравітація. Щоб поєднати зірки в галактики, її потрібно ще більше. Перші зірки з'явилися лише через 200 мільйонів років після Великого вибуху. Потім гравітація стягнула їх разом. Так з'явилися перші галактики. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Космічний телескоп Хабл дозволили нам зазирнути в минуле, дістатися майже до початку часів, у період, коли перші галактики тільки почали формуватися. Телескоп Хаббл бачить безліч галактик, але світло більшості з них залишило джерело тисячі, мільйони, навіть мільярди років тому. Весь цей час він летів до нас. Таким чином сьогодні ми оглядаємо галактики, які вже стали історією. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Якщо за допомогою Хаббла заглянути глибше в космос, можна побачити невеликі цятки, навряд чи схожі на існуючі галактики. Ці невиразні плями світла, скупчення мільйонів, мільярдів зірок, які тільки починали об'єднуватися. Ці тьмяні плями - ранні з галактик. Вони утворилися приблизно через мільярд років після початку Всесвіту. Далі за цей час Хаббл безсилий. Якщо нам потрібно дослідити глибші верстви минулого, потрібен інший телескоп. Більше, ніж той, який можна запустити в космос. Тепер у нас такий є у високій пустелі Північного Чилі. Його назва АСТ – Атакамський космічний телескоп. Цей найвищий із наземних телескопів розташований на позначці 5190 метрів над рівнем моря. – Мені дуже подобається працювати на АСТ у екстремальних погодних умовах. Тут буває дуже холодно і дмуть люті вітри. Але величезним плюсом для нашої роботи є те, що небо завжди чисте. Чисте небо є важливою умовою для точних рефлекторів АСТ, що фокусується на ранніх галактиках. Професор Сюзанна Стагс, фізик:– За допомогою АСТ ми можемо наблизити частини неба з неймовірною точністю. Ми також можемо відстежувати розвиток таких структур, як галактики та скупчення галактик із найвищою чіткістю зображення. АСТ не розпізнає видиме світло, тільки космічні мікрохвилі, що залишилися від часів, коли Всесвіту було кілька сотень тисяч років. За допомогою цього телескопа можна не просто бачити різні галактики, а й стежити за їх зростанням. Професор Сюзанна Стагс, фізик:- Ми здатні простежити процеси формування галактик та їх скупчень. Ми бачимо сліди кожної з них, починаючи з кількох сотень тисячоліть від початку світу до сьогодні. АСТ допоміг астрономам зрозуміти, як розвивалися галактики практично від початку часів. Професор Майкл Стросс, астрофізик:- Почали відповідати на запитання: як виглядали галактики на початку створення, чи схожі вони на сучасні галактики, як вони росли та розвивалися. Астрономи спостерігають, який шлях пройшли галактики від невеликих скупчень зірок до сьогоднішньої мережі зоряних систем. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- За нашими сьогоднішніми уявленнями, зірки утворюють скупчення, які об'єднуються в галактики, які, у свою чергу, утворюють скупчення галактик, а ті формують надскупчення галактик – найбільші одиниці космосу на сьогодні. Ранні галактики являли собою безформні грудки зірок, газу та пилу. Сьогодні ж галактики набули акуратного впорядкованого вигляду. Як хаотичні скупчення зірок перетворилися на стрункі еліптичні спіральні системи? За допомогою гравітації. Сила тяжіння поєднує зірки, керує їх майбутнім розвитком. У центрі більшості галактик існує неймовірно потужне руйнівне джерело гравітації. І наш Чумацький Шлях не є винятком. Галактики існували понад 12 мільярдів років. Нам відомо, що ці великі імперії зірок приймають різні форми від вихрових спіралей до величезних куль із зірок. Все ж таки багато в галактиках залишається для нас загадкою. Професор Майкл Стросс, астрофізик:- Як галактики набули існуючої форми? Чи була спіральна галактика завжди у формі спіралі? Відповідь майже завжди негативна. Молоді галактики - безформні хаотичні скупчення зірок, газу та пилу. Лише через мільярди років вони перетворюються на такі організовані структури, як, наприклад, вихрова галактика чи наш Чумацький Шлях. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Чумацький шлях виріс не з одного зерна, з безлічі. Те, що зараз називається галактикою Чумацький Шлях, колись склалося з багатьох утворень, безформних структур, які об'єдналися в єдине ціле. Дрібні структури сходяться завдяки силі тяжіння. Вона поступово стягує зірки разом. Вони обертаються все швидше і швидше, доки не набувають форми плоского диска. Потім зірки і газ утворюють гігантські спіральні рукави. Цей процес повторювався на просторах космосу мільярди разів. Кожна галактика неповторна, але їх об'єднує одне: вони обертаються навколо свого центру. Роками вчені гадали: що має достатню силу, щоб змінити поведінку галактики? І нарешті відповідь було знайдено. Чорна діра. І не просто чорна діра, а надмасивна чорна діра. - Першим ключем до існування надмасивних чорних дірок стали галактики, із центру яких виривався потужний стовп енергії. Нам здавалося, що ці чорні дірки харчувалися довколишніми об'єктами. Щось на зразок гігантського бенкету на честь Дня подяки. Їжею для надмасивних чорних дірок є газ і зірки. Іноді чорна діра поглинає їх надто жадібно, і їжа викидається назад у космос як променя чистої енергії. Це називається квазар. Коли вчені бачать квазар, що б'є з центру галактики, вони знають, що вона має надмасивну чорну дірку. Як бути з нашою Галактикою? Адже вона не має квазара. Чи означає це, що в неї відсутня надмасивна чорна діра? Андреа Гез та її команда ось уже 15 років намагаються це з'ясувати. Професор Андреа Гез, астроном:- З'ясувати, чи є в Чумацькому Шляху надмасивна чорна діра, можна рухати зірок. Зірки обертаються, підкоряючись силі тяжіння, як планети навколо Сонця. Однак зірки, розташовані ближче до центру Галактики, приховані хмарами пилу. Тому Гез використовувала гігантський телескоп Кек на Гаваях, щоб побачити крізь пилюку. Її очам постала дивна та жорстока картина. Професор Андреа Гез, астроном:- У центрі нашої Галактики все доведено до крайності. Об'єкти рухаються на величезній швидкості, зірки проносяться повз одну за одною. Все клекоче, все вирує. Такого не побачиш у жодній точці нашої Галактики. Гез та її команда почали робити знімки деяких зірок, що обертаються ближче до центру Галактики. Професор Андреа Гез, астроном:- Ми поставили собі завдання зробити відеоролик із зірками у центрі Галактики. Довелося запастися терпінням і робити знімок за знімком, перш ніж зірки засувалися. Фотографії зірок, що обертаються, відкрили дивовижну річ. Швидкість їхнього обертання склала кілька мільйонів кілометрів на годину. Професор Андреа Гез, астроном:- Найбільш хвилюючим у цьому експерименті був момент, коли ми отримали другий знімок і стало ясно, що зірки обертаються набагато швидше, ніж звичайно. Це повністю підтверджувало гіпотезу та надмасивну чорну дірку.
Гіпотеза була вірною. Гез та її команда простежили траєкторію зірок та обчислили розташування від центру їхнього обертання. Існує лише одна річ, досить потужна, щоб обертати навколо себе величезні зірки, – надмасивна чорна діра. Професор Андреа Гез, астроном:- Тільки сила тяжіння надмасивної чорної дірки змушує зірки обертатися. Їхні траєкторії стали доказом надмасивної чорної діри в центрі нашої Галактики. Чорна діра в центрі Чумацького Шляху має величезні розміри. Її ширина 24 мільйони кілометрів. Чи є небезпека для нашої планети? Професор Андреа Гез, астроном:- Немає жодної небезпеки, що нас засмокче в надмасивну чорну дірку. Від нас надто далеко.
Планета Земля знаходиться на відстані 25 тисяч світлових років від чорної дірки в центрі Чумацького Шляху. Це багато мільярдів кілометрів, тому Земля в безпеці. Поки що. Надмасивні чорні дірки можуть бути джерелом сильної гравітації. Але їм не вистачить сил, щоб утримати зв'язок між тілами галактики. За всіма законами фізики галактики мають розпадатися. Чому це не відбувається? У космосі існує сила потужніша, ніж надмасивна чорна діра. Її не можна побачити і практично неможливо обчислити. Але вона існує, вона називається темною матерією, і вона всюди. Астрономи з'ясували, що в центрі галактик знаходяться надмасивні чорні дірки, які приваблюють зірки на високих швидкостях. Але чорні дірки недостатньо сильні, щоб поєднати всі зірки гігантської галактики в єдине ціле. Що це за сила? Це залишалося загадкою, поки один незалежний учений не припустив, що ми маємо справу з чимось незвіданим. У 30-ті роки 20 століття швейцарський астроном Фріц Цвіккі запитав, чому галактики не розпадаються. За його розрахунками, вони не виробляють достатньо сили тяжіння, отже, мають розлітатися космосом. - Він заявив: «Я бачу на власні очі, що вони не розпадаються, а тримаються разом щільною групою. Отже, щось не дає їм розпадатися. Але їхня власна сила тяжіння не має достатньої потужності для цього. Тому укладу, що існує щось, про що невідомо людству, щось неймовірне». Він дав йому ім'я – темна матерія. Це було як божественне одкровення. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Фріц Цвіккі випередив свій час на кілька десятків років, і, звісно, натрапив на нерозуміння колег-астрономів. Але зрештою, він мав рацію. Якщо те, що Цвіккі назвав темною матерією, об'єднувало галактики в групи, можливо, воно не давало розпадатися окремим галактикам. Щоб це перевірити, вчені сконструювали на комп'ютері віртуальні галактики з віртуальними зірками та віртуальною гравітацією. – Ми зробили модель галактики, заселили її зірками на орбітах у формі плоского диска. Як наша Галактика. І вирішили, що створили ідеальну галактику. Ми гадали, чи стане вона спіральною чи якоюсь іншою. Але всі наші галактики розліталися на шматочки. Цій галактиці не вистачало гравітації, щоб залишатися єдиним цілим, тому Острайкер додав її разом із віртуальною темною матерією. Професор Джеремі Острайкер, астрофізик:- Звичайно, нам захотілося спробувати, це вирішило проблему. Все вийшло. Сила тяжіння темної матерії виявилася сполучною силою галактики. Професор Джеремі Острайкер, астрофізик:- Темна матерія відіграє роль будівельних риштувань галактики. З її допомогою галактики фіксуються дома і розпадаються окремі тіла. Тепер вчені припускають, що темна матерія не лише підтримує галактику, але дає поштовх її народженню. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Ми вважаємо, що перші скупчення темної матерії з'явилися внаслідок Великого вибуху. Через якийсь час ці скупчення стали явними – зернами, з яких виросли галактики. Але вчені досі не знають, що таке темна матерія. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Темна матерія залишається чимось незрозумілим. Ми не розуміємо її сутності. Але вона однозначно зроблена з іншого матеріалу. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- …ніж ми з вами. На неї не можна спертися, її не можна доторкнутися. Можливо, вона оточує нас усюди, подібно до примари, яка проходить тебе наскрізь, ніби ти зовсім не існуєш. Ми можемо не знати про темну матерію, але космос наповнений нею. Доктор Ендрю Бенсон, астрофізик:- Вага темної матерії еквівалентна, принаймні, шестиразовій вазі Всесвіту зі звичайної матерії, тобто з якої зроблені всі ми, без якої неможливо уявити нормальну роботу законів Всесвіту. Проте, ці закони працюють. Виходить, темна матерія справді існує. І нещодавно її сліди виявлено у глибокому космосі. Зробити таке твердження допомогли спостереження її впливом поведінка світла. Траєкторія променя викривляється. Це називається гравітаційної лінзою.
Доктор Ендрю Бенсон, астрофізик: - Гравітаційна лінза дозволяє визначити присутність темної матерії. Як воно працює? Уявіть, що промінь світла з якоїсь далекої галактики летить до нас. Якщо на його шляху зустрічаються великі скупчення темної матерії, його траєкторія обігне темну матерію під дією сили тяжіння.
Це відбувається через те, що темна матерія деформує зображення. Вона хіба що поміщає їх у круглий акваріум. Доктор Ендрю Бенсон, астрофізик:- Проаналізувавши обриси цих галактик та ступінь спотворення, можна з певною точністю розрахувати в них кількість темної матерії. Тепер зрозуміли, що темна матерія є невід'ємною частиною космосу. Вона існує від початку часів і впливає все і повсюдно. Вона створює умови народження галактик і дає їм распадаться. Вона не видно поглядом, не обчислюється приладами, проте темна матерія - господиня Всесвіту. Здається, галактики існують окремо. Між ними справді трильйони кілометрів, але, тим не менш, галактики об'єднані в групи, скупчення галактик. Скупчення галактик утворюють скупчення, в які входять десятки тисяч галактик. Яке місце серед них займає наш Чумацький Шлях? Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:– На загальному плані космосу видно, що наша Галактика є частиною невеликої групи приблизно із тридцяти галактик. Наш Чумацький Шлях та Туманність Андромеди у ній найбільші. Але, якщо поглянути ширше, ми лише невелика частина скупчення галактик під назвою Діва. В даний час вчені становлять загальну карту Всесвіту, визначають місця розташування галактичних скупчень і скупчень. Це обсерваторія Апачі – Пойнт у штаті Нью-Мексико, в якій знаходиться Слоанівський цифровий небесний огляд. Це лише невеликий телескоп, але на нього покладено унікальну місію. Цифровий огляд Слоану складає першу тривимірну карту зоряного неба. Вона дозволить визначити точне розташування десятків мільйонів галактик. Для цього огляд Слоана полює за галактиками далеко за межами Чумацького Шляху. Він точно визначає розташування галактики, ця інформація записується на алюмінієві диски. - Ці алюмінієві диски завширшки близько 30 дюймів і мають по 640 наскрізних отворів, кожен з яких призначений для потрібного об'єкта в космосі. Космічні об'єкти – це галактики. Світло від галактики проходить крізь отвір і далі кабелем з оптоволокна. У такий спосіб можна записувати відомості про відстань та місцезнаходження тисяч галактик і наносити їх на тривимірну карту. Ден Лонг, інженер Слоанівського цифрового огляду неба:- Ми визначаємо їх контури, склад, а також те, наскільки рівномірно вони розсипані по космічному простору. Все це дуже важливо для астрономії, розуміння законів Всесвіту.
Перед нами плоди їхньої роботи: найбільша тривимірна карта із існуючих сьогодні. Карта показує речі, колись недоступні погляду: цілі скупчення і скупчення галактик. І картина світу продовжує розсуватись. Ми бачимо, що скупчення галактик утворюють ланцюжки - філаменти. Огляд Слоана виявив одну довжиною 1,4 мільярда світлових років. Її назвали Великою стіною Слоуна. Це найбільша одинична структура, відкрита історія науки.
Ден Лонг, інженер Слоанівського цифрового огляду неба: - Ти відчуваєш колосальність цього простору. Повз твій погляд проносяться скупчення, філаменти, і кожен із цих крихітних грудочок світла - величезні галактики. Не зірки, а цілі галактики, і їх довкола сотні та тисячі. Огляд Слоана показує галактичну географію у великому масштабі. Вчені пішли далі. У надпотужному комп'ютері вони збудували цілий Всесвіт. І тут не розглянути окремі галактики, важко розібрати навіть їх скупчення. На екрані можна побачити тільки скупчення галактик, що складають гігантську космічну павутину філаментів.
Професор Лоуренс Краус, астрофізик: - Якщо вдивитися у масштабну картину космосу, можна розрізнити візерунок філаментів, космічну павутину, що складається з галактик та їх скупчень, які тягнуться в тисячі різних напрямків. З цієї точки зору космос нагадує за своєю структурою гігантську губку. Кожен філамент служить притулком мільйонам галактичних скупчень, вони пов'язані між собою темною матерією. На цій комп'ютерній моделі видно, як темна матерія просвічує крізь сплетіння філаментів. Доктор Ендрю Бенсон, астрофізик:- Темна матерія впливає на розташування галактики у Всесвіті. Подивіться на галактики: вони не розсипані космосом безладно. Вони збираються невеликими групами, що вкотре свідчить масштаб поширення темної матерії. Темна матерія підтримує всю макроструктуру космосу. Вона пов'язує галактики в скупчення, а ті, своєю чергою, утворюють скупчення. Надскупчення вплетені в ланцюжки філаментів. Без темної матерії вся структура космосу легко розвалиться на частини. Ось наш Всесвіт крупним планом.
Десь у глибинах цієї гігантської космічної павутини, в одному з філаментів дала притулок і наша Галактика - Чумацький Шлях. Він існує вже близько 12 мільярдів років, і він має загинути в потужному космічному зіткненні. Галактики - це великі царства зірок. Деякі є величезні кулі, інші - складні спіралі, але вони постійно змінюються. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Коли ми дивимося на свою Галактику, нам здається, що вона незмінна та існувала вічно. Але це негаразд. Наша Галактика перебуває у постійному русі, її природа змінювалася протягом космічного часу. Галактики не лише змінюються, а й пересуваються. Трапляється, що галактики стикаються одна з одною, і тоді одна поглинає іншу. - У Всесвіті існує ціла зграя різних галактик, які взаємодіють та стикаються між собою – з іншими членами зграї.
Це NGC 2207. На перший погляд, вона схожа на величезну подвійну спіральну галактику, але насправді це дві галактики, що зіткнулися. Зіткнення триватиме мільйони років, і зрештою дві галактики зіллються в одну. Подібні зіткнення відбуваються у космосі повсюдно, і наша Галактика не є винятком. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Чумацький Шлях, по суті, є канібалом. Він набув своєї справжньої форми, поглинувши безліч дрібніших галактик. Навіть сьогодні на його тілі видно невеликі смужки зірок колишніх окремих галактик, що залишилися без кордонів, які поповнили собою Чумацький Шлях. Але це «квіточки» порівняно з тим, що чекає на нас у майбутньому. Ми стрімко рухаємося назустріч галактиці Туманність Андромеди, і для Чумацького Шляху це не обіцяє нічого доброго. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Чумацький Шлях наближається до Андромед зі швидкістю приблизно 250 тисяч миль на годину, а це означає, що через 5-6 мільярдів років нашої Галактики не стане. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофізик:- Андромеда насувається на нас усією своєю жахливою масою. При взаємодії галактик кожна їх окремо розпадається, та його тіла поступово перемішуються, наростають, як сніговий ком. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Дві галактики починають танець смерті.
Це відтворення майбутнього зіткнення, прискорене у мільйони разів. При зіткненні двох галактик клуби газу та пилу розлітаються на всі боки. Сила тяжіння галактик, що зливаються, зриває зірки з орбіт і закидає в темні глибини Всесвіту. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Судний день Чумацького Шляху стане мальовничою картиною, і ми спостерігатимемо руйнацію нашої Галактики з перших рядів. Поступово дві галактики пройдуть одна одну наскрізь, а потім повернуться, щоб злитися в єдине ціле. Як не дивно, зірки не зіткнуться між собою. Вони, як і раніше, надто далеко один від одного. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофізик:- Зірки просто перемішаються. Імовірність зіткнення двох окремих зірок практично дорівнює нулю. Однак пил та газ між зірками почнуть розігріватися. У якийсь момент вони спалахнуть, і галактики, що зіштовхуються, розжаряться до білого. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- У якийсь момент у небесах може спалахнути справжня пожежа. Доктор Т. Дж. Кокс, астрофізик:- Галактики Чумацький Шлях та Туманність Андромеди перестануть існувати. З'явиться нова галактика – Мелкомеда, яка стане новою космічною одиницею. Нова галактика Мелкомеда матиме вигляд величезного еліпса без рукавів та спіралей. Уникнути майбутнього нам не вдасться. Питання, що воно принесе планеті Земля. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Нас може або відкинути у відкритий космос разом з уривками рукавів Чумацького Шляху, або засмоктати в тіл нової галактики. Зірки і планети розкидає по всій галактиці і за її межі, і для планети Земля може стати сумним кінцем. Всесвіт ще не раз побачить зіткнення галактик. Але ера галактичного канібалізму теж колись закінчиться. Галактики служать притулком зірок, сонячних систем, планет і місяців. Галактика забезпечує себе всім необхідним. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Галактики – це жива кров у тілі Всесвіту. Ми існуємо тому, що ми виникли всередині Галактики, і все, що ми бачимо, все, що має для нас значення, відбувається всередині Галактики. При всьому цьому галактики є тендітні структури, з'єднані воєдино темною матерією. Вчені виявили ще одну діючу силу Всесвіту. Її називають темною енергією. Темна енергія діє на противагу темній матерії. Якщо одна з'єднує галактики, то інша відокремлює їх одна від одної. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Темна енергія, про яку нам відомо буквально одне десятиліття, є домінантою космосу і є ще більшою таємницею. У нас немає жодного поняття - навіщо вона потрібна. Доктор Ендрю Бенсон, астрофізик:– Важко сказати, з чого вона складається. Ми знаємо, що вона є, але що це таке, яка у неї функція залишається загадкою. Професор Джеремі Острайкер, астрофізик:- Темна енергія – дивна штука. Здається, космічний простір пронизане крихітними джерелами, які змушують предмети відштовхуватися один від одного. Вчені вважають, що в далекому майбутньому темна енергія виграє космічну битву з темною матерією, і галактики почнуть розпадатися. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Темна енергія винищить галактики. Це станеться, коли інші галактики почнуть поступово віддалятися від нашої, поки не пропадуть з поля зору. І оскільки галактики розлетяться в сторони зі швидкістю вище за швидкість світла, вони буквально зникнуть з наших очей. Не сьогодні, не завтра, але, можливо, через трильйони років ми залишимося в порожньому Всесвіті. Галактики стануть одинокими островами на безкрайніх просторах космосу. Але це станеться дуже нескоро. Сьогодні Всесвіт процвітає, а галактики створюють всі умови для життя. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Без галактик мене б тут не було, вас не було б, та й життя могло б не зародитися зовсім. Нам дуже пощастило: життя зародилося на Землі тільки завдяки тому, що наша крихітна Сонячна система знаходиться в потрібній частині Галактики. Розташуючись ми трохи ближче до центру, ми б не вижили. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Життя в центрі Галактики дуже жорстоке, і, якби наша Сонячна система розташовувалась ближче до центру, там було б стільки радіації, що ми не змогли б вижити. Жити надто далеко від центру теж не краще. Кількість зірок на краях Галактики різко зменшується. Нас могло б взагалі не бути. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Можна сказати, що ми вибрали золоту середину Галактики: не далеко, не близько, а точно в яблучко. Вчені вірять, що цей золотий пояс Галактики може включати мільйони зірок, а серед них, напевно, знайдуться інші Сонячні системи, здатні підтримувати життя. І вони знаходяться у нашій власній Галактиці. І якщо у нас є зона, в інших галактиках вона теж може існувати. Професор Андреа Гез, астроном:- Всесвіт величезний, він знову і знову підносить нам сюрпризи. Професор Джеремі Острайкер, астрофізик:- Щоразу, коли ми думаємо, що знайшли відповідь на якесь питання, з'ясовується, що він привів нас до ще більшого питання. Це розпалює інтерес. Наша рідна Галактика Чумацький Шлях та інші галактики у Всесвіті ставлять перед нами нескінченні питання, які потребують відповідей, та таємниці, які ще ніким не відкриті. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Хто міг би припустити 10 років тому, що ми зможемо знайти чорну дірку в центрі Галактики? Хто з астрономів лише 10 років тому повірив би в темну матерію та темну енергію? Дедалі більше вчених присвячують свої дослідження галактикам. Саме в них лежить ключ до розуміння законів Всесвіту. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Хіба це не дивно - жити на цьому відрізку часу в історії космосу на цій маленькій планеті на околицях випадкової галактики і отримувати відповіді на запитання про Всесвіт від самого початку до кінця. Ми маємо нескінченно радіти цьому короткому моменту у променях Сонця. Галактики народжуються, розвиваються, стикаються та гинуть. Галактики – це надзірки для світу науки. Кожен вчений-астроном має свої улюбленці. Професор Майкл Стросс, астрофізик:- Вихрова галактика або М51. Професор Джеремі Острайкер, астрофізик:- Якби можна було повісити її на стіну, я вибрав би галактику Сомбреро. Професор Лоуренс Краус, астрофізик:- Галактика Сомбреро, кільцеві галактики – вони дуже гарні. Професор Мітіо (Мічіо) Каку, фізик:- Моя улюблена галактика - Чумацький Шлях. Це мій рідний дім. Нам пощастило, що Чумацький Шлях дає нам все потрібне для життя. Наша доля безпосередньо залежить від нашої Галактики та від решти всіх галактик. Вони створили нас, вони надали нашому життю форму, і наше майбутнє у їхніх руках.
Пов'язана силами гравітаційної взаємодії. Кількість зірок та розміри галактик можуть бути різними. Як правило, галактики містять від кількох мільйонів до кількох трильйонів (1 000 000 000 000) зірок. Крім звичайних зірок та міжзоряного середовища галактики також містять різні туманності. Розміри галактик від кількох тисяч до кількох сотень тисяч світлових років. А відстань між галактиками сягає мільйонів світлових років.
Близько 90 % маси галактик посідає частку темної матерії та енергії. Природа цих невидимих компонентів поки що не вивчена. Існують свідчення того, що в центрі багатьох галактик знаходяться надмасивні. Простір між галактиками практично не містить речовини і має середню щільність менше одного атома на кубічний метр. Імовірно, у видимій частині всесвіту знаходиться близько 100 млрд. галактик.
За класифікацією, запропонованою астрономом Едвін Хаббл, в 1925 році існують кілька видів галактик:
- еліптичні(E),
- лінзоподібні(S0),
- звичайні спіральні(S),
- пересічені спіральні (SB),
- неправильні (Ir).
Еліптичнігалактики - клас галактик з чітко вираженою сферичною структурою і яскравістю, що зменшується до країв. Вони порівняно повільно обертаються, помітне обертання спостерігається лише у галактик із значним стиском. У таких галактиках немає пилової матерії, яка у тих галактиках, у яких є, видно як темні смуги на безперервному фоні зірок галактики. Тому зовні еліптичні галактики відрізняються одна від одної переважно однією рисою — більшим чи меншим стиском.
Частка еліптичних галактик загалом галактик у спостерігається частині всесвіту — близько 25 %.
Спіральнігалактики названі так, тому що мають усередині диска яскраві рукави зоряного походження, які майже логарифмічно простягаються з балджу (майже сферичного потовщення у центрі галактики). Спіральні галактики мають центральне згущення і кілька спіральних гілок, або рукавів, які мають блакитний колір, тому що в них є багато молодих гігантських зірок. Ці зірки збуджують світіння дифузних газових туманностей, розкиданих разом із пиловими хмарами вздовж спіральних гілок. Диск спіральної галактики зазвичай оточений великим сфероїдальним гало (кільце, що світиться навколо об'єкта; оптичний феномен), що складається зі старих зірок другого покоління. Всі спіральні галактики обертаються із значними швидкостями, тому зірки, пил та гази зосереджені у них у вузькому диску. Велика кількість газових і пилових хмар і наявність яскравих блакитних гігантів говорить про активні процеси зіркоутворення, що відбуваються в спіральних рукавах цих галактик.
Багато спіральних галактик мають у центрі перемичку (бар), від кінців якої відходять спіральні рукави. Наша Галактика також відноситься до спіральних галактик з перемичкою.
Лінзоподібнігалактики - це проміжний тип між спіральними та еліптичними. У них є балдж, гало та диск, але немає спіральних рукавів. Їх приблизно 20% серед усіх зіркових систем. У цих галактиках яскраве основне тіло – лінза, оточена слабким ореолом. Іноді лінза має довкола себе кільце.
НеправильніГалактики - це галактики, які не виявляють ні спіральної, ні еліптичної структури. Найчастіше такі галактики мають хаотичну форму без яскраво вираженого ядра та спіральних гілок. У відсотковому відношенні становлять одну чверть від усіх галактик. Більшість неправильних галактик у минулому були спіральними чи еліптичними, але деформовані гравітаційними силами.
Еволюція галактик
Утворення галактик розглядають як природний етап еволюції, що відбувається під впливом гравітаційних сил. Як припускають вчені, близько 14 млрд. років тому стався великий вибух, після якого Всесвіт скрізь був однаковим. Потім частинки пилу і газу почали групуватися, об'єднуватися, стикатися і таким чином з'являлися згустки, які пізніше перетворювалися на галактики. Розмаїття форм галактик пов'язані з різноманітністю початкових умов освіти галактик. Нагромадження газоподібного водню в межах таких згустків стало першими зірками.
З моменту народження галактика починає стискатися. Стиснення галактики триває близько 3 млрд років. За цей час відбувається перетворення газової хмари на зіркову систему. Зірки утворюються шляхом гравітаційного стиску хмар газу. Коли в центрі стисненої хмари досягаються щільності та температури, достатні для ефективного протікання термоядерних реакцій, народжується зірка. У надрах потужних зірок відбувається термоядерний синтез хімічних елементів важче гелію. Ці елементи потрапляють у первинне воднево-гелієве середовище під час вибухів зірок або при спокійному закінченні речовини із зірками. Елементи важчі заліза утворюються при грандіозних вибухах наднових зірок. Таким чином, зірки першого поколіннязбагачують первинний газ хімічними елементами, важчими за гелій. Ці зірки найбільш старі і складаються з водню, гелію та дуже малої домішки важких елементів. У зірках другого поколіннядомішка важких елементів помітніша, оскільки вони утворюються з вже збагаченого важкими елементами первинного газу.
Процес народження зірок йде при стисненні галактики, тому формування зірок відбувається все ближче до центру системи, і чим ближче до центру, тим більше повинно бути в зірках важких елементів. Цей висновок добре узгоджується з даними про вміст хімічних елементів у зірках гало нашої Галактики та еліптичних галактик. У галактиці, що обертається, зірки майбутнього гало утворюються на більш ранній стадії стиснення, коли обертання ще не вплинуло на загальну форму галактики. Свідченнями цієї епохи у нашій Галактиці є кульові зоряні скупчення.
Коли припиняється стиснення протогалактики, кінетична енергія зірок диска, що утворилися, дорівнює енергії колективної гравітаційної взаємодії. У цей час створюються умови для утворення спіральної структури, а народження зірок відбувається вже в спіральних гілках, в яких газ досить щільний. Це зірки третього покоління. До них відноситься наше.
Запаси міжзоряного газу поступово виснажуються, народження зірок стає менш інтенсивним. Через кілька мільярдів років, коли буде вичерпано всі запаси газу, спіральна галактика перетвориться на лінзоподібну, що складається зі слабких червоних зірок. Еліптичні галактики вже знаходяться на цій стадії: весь газ у них витрачено 10-15 млрд років тому.
Вік галактик дорівнює приблизно віку Всесвіту. Одним із секретів астрономії залишається питання про те, що собою представляють ядра галактик. Дуже важливим відкриттям стало те, що деякі ядра галактик активні. Це відкриття було несподіваним. Раніше вважалося, що ядро галактики - це не більше, ніж скупчення сотень мільйонів зірок. Виявилося, що оптичне і радіовипромінювання деяких галактичних ядер може змінюватися за кілька місяців. Це означає, що протягом короткого часу з ядер звільняється величезна кількість енергії, яка в сотні разів перевищує те, що звільняється при спалаху наднової. Такі ядра отримали назву «активних», а процеси, що відбуваються в них, «активність».
У 1963 році було виявлено об'єкти нового типу, що знаходяться за межами нашої галактики. Ці об'єкти мають зіркоподібний вигляд. Згодом з'ясували, що їхня світність у багато десятків разів перевищує світність галактик! Найдивовижніше те, що їхня яскравість змінюється. Потужність їхнього випромінювання в тисячі разів перевищує потужність випромінювання активних ядер. Ці об'єкти назвали. Зараз вважається, що ядра деяких галактик є квазарами.
» Галактики та Всесвіт
Як при спостереженні відрізнити комету без хвоста від звичайної туманності?
Комета переміщається щодо зірок. Це переміщення можна побачити за кілька годин або навіть кілька десятків хвилин.
Яких зірок найбільше у галактиках?
Зірок із малими масами значно більше, ніж зірок із великими масами. Основна частина зірок з малими масами – це червоні карлики.
Чому старі зірки спіральних галактик утворюють сферичну підсистему, а молоді - тонкий диск, що обертається?
Найстаріші зірки в таких галактиках займають область простору приблизно таку ж, яку займала протогалактична хмара, з якої вони сформувалися. газу, що залишився, стиснутися в галактичній площині заважали відцентрові сили, відкидаючи його від центру. В результаті в площині обертання спіральних галактик виник тонкий газовий диск, що обертається, в якому і утворюються наймолодші зіркові об'єкти галактики.
Яке найдавніше космічне тіло потрапляло до рук людини?
Вік одного із зразків місячної породи, привезеного на Землю експедицією «Аполлон-15», оцінено у 4 млрд 150 млн років.
Які галактики видно неозброєним оком?
Одна з таких галактик – це наша галактика Чумацький Шлях. Ми розглядаємо її зсередини, тому вона представляється у вигляді світлої смуги на нічному небі. Наступна галактика – це знаменита туманність Андромеди. Вона видно неозброєним оком у вигляді цятки, що світиться. Крім цих галактик на південному небі добре видно супутники нашої галактики - Велику та Малу Магелланові Хмари.
Чому в речовині найстаріших зірок галактики дуже мало важких елементів, а в речовині наймолодших, навпаки, підвищений їхній вміст?
Найстаріші зірки утворилися з бідного важкими елементами протогалактичної газової хмари. Масивні зірки, швидко еволюціонуючи, вибухали і збагачували газ протогалактики важкими елементами, що утворилися в них. Пізні покоління зірок утворилися з речовин із великим вмістом металів.
Які космічні об'єкти нагадують величезні атомні ядра? Чи можуть вони складатися із протонів?
Нейтронні зірки здебільшого складаються із щільно упакованих нейтронів. У такому стані нейтронну зірку можна як гігантське атомне ядро. Космічне тіло неспроможна складатися з одних протонів, оскільки з-поміж них виникнуть гігантські сили відштовхування і тіло зруйнується.
Як на зірках може виникнути сильне рентгенівське випромінювання?
У подвійній зірковій системі одним із компонентів може бути нейтронна зірка. Речовина, що засмоктується цією зіркою, на її околицях розганяється до дуже високих швидкостей. При зіткненні речовини з поверхнею виділяється енергія у вигляді рентгенівського випромінювання. Таке випромінювання може виникнути і при зіткненні між собою частинок, що падають на чорну дірку.
Які космічні тіла не можуть бути розділені, у той час як їхнє злиття можливе?
Такими властивостями володіють лише чорні дірки.
Де у космосі утворилися хімічні елементи, у тому числі складається тіло людини?
Людське тіло на 65% складається з кисню, на 18% з вуглецю, а також азоту, магнію, фосфору та багатьох інших елементів. Загалом у живих організмах встановлено 70 хімічних елементів. Усі елементи, важчі, ніж водень і гелій, включаючи залізо, синтезувалися при термоядерних реакціях у надрах зірок. Хімічні елементи, важчі, ніж залізо, утворилися під час спалахів наднових зірок.
Як довести, що Сонце розташоване і завжди було близько до галактичної площини?
Свідченням того, що Сонце знаходиться близько до середини галактичного диска, є те, що середина Чумацького Шляху майже збігається з великим кола небесної сфери. Вектор швидкості Сонця щодо центру галактики також лежить у галактичній площині. Це свідчить про те, що Сонце завжди рухалося у цій площині.
Чи впливає розширення Всесвіту на відстань Землі:
1) до Місяця;
2) до центру Чумацького Шляху;
3) до галактики М 31 у сузір'ї Андромеди;
4) до центру місцевого скупчення галактик?
У космологічному розширенні не беруть участь гравітаційно пов'язані системи (Сонячна система, галактика, скупчення галактик). Тому у перших трьох випадках космологічне розширення не впливає на відстані між Землею та вказаними об'єктами, а в останньому, четвертому – впливає.
Чи можна побачити минуле Всесвіту?
Це може зробити будь-яка людина, спостерігаючи зоряне небо. Чим далі від нас розташовані зірки або галактики, тим довше від них йде світло і тим більше далеке минуле можна зазирнути. Наприклад, найближчу до нас зіркову групу альфу Центавра ми бачимо такою, якою вона була 4,3 роки тому. А туманність Андромеди має вигляд, який мав 2,5 млн років тому.
Чому в різних космічних об'єктах майже однаковий відносний вміст гелію, але різний зміст важчих елементів?
Кінцевий чи нескінченний зірковий Всесвіт?
Кордон зіркового Всесвіту, що спостерігається, знаходиться від Землі на відстані близько 13,4 млрд світлових років. Така відстань пройде світло за час з моменту утворення перших зірок. На більш далеких від нас відстанях зірок поки що не виявлено.
> Що таке галактика?
Дізнайтесь, що таке галактика: опис формування у Всесвіті, цікаві факти з фото Хаббла, Чумацький Шлях, розміри, кількість зірок та темної матерії.
Напевно, ви знаєте, що Сонячна система не існує окремо. Разом з іншими зірками, Сонце знаходиться в . Але що таке галактика? Якщо говорити простою мовою, то перед вами колекція зірок, які зібралися на певній ділянці за допомогою гравітаційної сили.
Ми багато чого дізналися про рідну галактику, тому давайте розглядати поняття крізь Чумацький Шлях. Належить до спірального галактичного типу і вміщує яскраве ядро, щільно наповнене зірками. Інші зірки обертаються навколо, створюючи плескатий диск. Загалом у Чумацькому Шляху налічують 200-400 мільярдів зірок. Має два спіральні рукави, які виходять за ядром, а також подобою спіральної вертушки, що тягнеться до зовнішніх країв. Завширшки досягає 100000 світлових років.
Варто відзначити, що зірки, що спостерігаються, - лише невелика частина всієї галактики. Вона також оточена гігантським ореолом. Її не можна розглянути, не контактує зі звичайною матерією і не виробляє вид випромінювання, що відстежується. Але ми можемо довести її наявність, оскільки вона все ж таки впливає гравітацією на інші об'єкти. Якщо зірки займають приблизно 580 мільярдів сонячних мас, то темна матерія здатна охопити 6 трлн.
Але наша галактика Чумацький Шлях – лише один із прикладів. Є також еліптичні, яких набагато більше. Саме тут трапляються найбільші представники. Наприклад, із 2.7 трильйонами зірок. Найменший тип – ультракомпактні карликові, які лише трохи масштабніші за скупчення кульового типу.
Зірки притягуються і формують галактики, які також збираються у скупчення. На вершині знаходяться скупчення, здатні вміщувати мільйони галактик, і досягати сотні мільйонів світлових років завширшки. Тепер ви можете скласти уявлення про те, що таке галактика.
5 дивовижних фактів про перші галактики у Всесвіті
Один із найдивовижніших фактів про Всесвіт – він існував не завжди. Все, що ми зараз спостерігаємо, з'явилося з крихітних частинок матерії, які збільшилися гравітаційно та за допомогою зіткнення та злиття. Коли ми дивимося на віддалені об'єкти, то бачимо світло, яке випускалося мільйони або мільярди років тому (залежить від дистанції).
Одного разу технології досягнуть того рівня, що ми побачимо Всесвіт, позбавлений галактик та зірок. Ми чекаємо запуску космічного телескопа Джеймса Вебба в 2018 році, але зараз маємо дивовижну п'ятірку цікавих фактів про найбільш віддалені об'єкти з фото.
- Спочатку не було планет скелястого типу. Зірка утворюється з молекулярного газу. У скупченні формуються великі газові хмари, що перетворюються на зірки, і невеликі світи, що стали планетами (із водню та гелію). Але важчі елементи з'явилися після вибухів перших зірок, які формують їх за ядерних процесів.
- Ранні галактики були набагато меншими за сучасні. Перші сформовані нейтральні атоми почали зливатись у насіння з кількома мільйонами сонячних мас. Через 50-200 мільйонів років гравітація змусила їх зруйнуватися та створити перші зірки. Далі гравітація знову змушує зливатися в скупчення, підвищуючи інтенсивність появи нових молодих зірок. Так і почали створюватись перші галактики.
- Як би телескоп Хаббл сильно не намагався, але в нього не вистачає потужності, щоб розглянути найперші галактики. При формуванні вони наповнюються гарячими та яскравими синіми зірками. Але цьому світлу доводиться долати 13 мільярдів років на шляху до нас. Розширення простору призводить до того, що УФ-світло змішається в середню ІЧ-область спектра. Тому вчені з нетерпінням чекають на запуск Джеймса Вебба.
- Найбільш потужні зірки існували в ранні часи. Якщо зараз заглянути в ультрамасивну зіркову територію, то зможемо відшукати найяскравіші та найпотужніші зірки. Найбільшою туманністю в нашій території виступає Тарантул, де мешкає найдавніша зірка R136a1. Перевершує сонячну масивність у 250 разів і створена з первозданних водню та гелію. Але масштабність параметрів зуміємо здобути із запуском Джеймса Вебба.
- Перші надмасивні чорні дірки мали з'явитися в галактичних центрах з моменту їх народження. Дивно, але чим більша зірка, тим коротший її життєвий термін. Найбільш потужні об'єкти живуть всього кілька мільйонів років, після чого помирають у вигляді наднових або ж руйнуються в чорну дірку. Останні стрімко переміщаються до галактичних центрів, де розростаються до надмасивного типу. Ранні галактики здатні вміщувати дірки, що перевершують Сонце за масивністю в 4 мільйони разів.
Усього існує три основні типи галактик: спіральна, еліптична і неправильна. До перших відносяться, наприклад, Чумацький Шлях та Андромеда. У центрі розташовані об'єкти та чорна діра, навколо яких обертається ореол зірок та темна матерія. З ядра відгалужуються рукави. Спіральна форма утворюється через те, що галактика не припиняє обертання. Багато представників мають лише один рукав, але в деяких їх можна нарахувати три і більше.
Таблиця характеристик основних видів галактик
Спіральні бувають з перемичкою та без. У першому типі центр перетинається щільним баром зірок. А у других подібного формування немає.
В еліптичних галактиках проживають найдавніші зірки і немає достатньої кількості пилу та газу, щоб створити молоді. Можуть нагадувати за формою коло, овал або спіральний тип, але без рукавів.
Приблизно чверть галактик є групою неправильних. Вони менші, ніж спіральні і відображають часом химерні форми. Їх можна пояснити появою нових зірок або гравітаційним контактом із сусідньою галактикою. Серед неправильних числяться.
Є також багато галактичних підтипів: сейфертовські (спіралі зі швидким рухом), яскраві еліптичні супергіганти (поглинають інших), кільцеві (без ядра) та інші.