Млечният път

🌌 През 1785 г. Уилям Хершел и сестра му Каролина правят нещо грандиозно: броят звездите в 683 посоки на небето. Колкото повече звезди в една посока, толкова по-далеч трябва да се простира Галактиката натам. Получават сплескана „воденичка“ със Слънцето почти в средата. Повече от век астрономите вярват, че сме в центъра на звездната вселена. През 1918 г. Харлоу Шапли разглежда не отделните звезди, а кълбовидните купове – и центърът внезапно се оказва на десетки хиляди от нас, в посока Стрелец. Подобно на Коперник, Шапли изважда човечеството от центъра – този път на Галактиката.

1. Светлата ивица

Гърците виждали в нея пролято мляко – оттам и името (на гръцки galaxias). През 1610 г. Галилей насочва телескопа си към нея и вижда безброй звезди. Ивицата е дискът на нашата Галактика, гледан отвътре: в посоката на диска звездите са безброй, а отстрани – малко. Тъмните петна в нея не са празнини, а облаци прах, които закриват звездите отзад.

Картата на нашата Галактика

Вляво – изглед отгоре (схематично), вдясно – отстрани. Изберете част от Галактиката или пробвайте как Хершел и Шапли са търсили нашето място в нея.

моделът на Хершел (1785)кълбовидните купове на Шапли (1918)

В малкия Орионов ръкав (шпора) между ръкавите Стрелец и Персей, на 8,2 kpc от центъра и ~20 pc над равнината на диска. Обикаля центъра с 230 km/s.

Шапли е прав, че не сме в центъра, но надценява размерите на Галактиката. Причината става ясна през 1930 г., когато Роберт Тръмплър доказва, че между звездите има прах, който поглъща и зачервява светлината. Звездите изглеждат по-слаби и Шапли ги смята за по-далечни. Към центъра поглъщането е огромно – около 30 във видимата светлина: от всеки $10^{12}$ , тръгнали оттам, до нас стига един. Затова центъра изследваме в инфрачервено, радио и рентгенови лъчи.

2. Строеж и звездни популации

Звезди	100–400 милиарда
Диаметър на звездния диск	~30 kpc (~100 000 светлинни години)
Дебелина на тънкия диск	~0,3 kpc
Разстояние от Слънцето до центъра	8,2 kpc (~26 700 светлинни години)
Скорост на Слънцето около центъра	~ $230\ \mathrm{km/s}$
Пълна маса (с тъмния ореол)	~ $1\text{–}1{,}5 \cdot 10^{12}\,M_{\odot}$
Възраст на най-старите звезди	~13 млрд. години
Тип по Хъбъл	SBbc – спирална с пречка

Звездни популации

Популация I – млади звезди в диска и ръкавите, богати на тежки елементи (като Слънцето, ~1,4%). Популация II – стари звезди в ореола, издутината и кълбовидните купове, с 10–1000 пъти по-малко тежки елементи; родени са, преди звездите да обогатят Галактиката. Популация III – хипотетичните първи звезди от чист водород и хелий; още не са наблюдавани пряко.

Двете популации разказват историята на Галактиката. Ореолът и кълбовидните купове са се образували първи, когато облакът газ още не е бил сплескан. Газът се е утаил в диск, който се върти, и там продължава да ражда нови поколения звезди – всяко по-богато на тежки елементи от предишното (виж „Еволюция на звездите“).

3. Въртенето на Галактиката

Цялата Галактика се върти, но не като твърдо тяло: е почти плоска (виж „Галактики“), затова вътрешните звезди правят обиколката много по-бързо от външните. Скоростта на Слънцето се мери спрямо далечни галактики, а разстоянието до центъра – по орбитите на звездите около .

Галактична година

Период на обиколка около центъра:

T = 2\pi R / v

. За Слънцето

R = 8{,}2\ \mathrm{kpc}

v \approx 230\ \mathrm{km/s}

. Удобно е да помним, че

1\ \mathrm{km/s} \approx 1{,}02\ \mathrm{pc}

на милион години.

Пример

Колко трае галактичната година? Колко обиколки е направило Слънцето за 4,6 млрд. години живот?

Обиколката е $2\pi \cdot 8{,}2\ \mathrm{kpc} \approx 51{,}5\ \mathrm{kpc} = 51\,500\ \mathrm{pc}$
$v \approx 230\ \mathrm{km/s} \approx 235\ \mathrm{pc}$ на милион години $\Rightarrow T \approx 51\,500 / 235 \approx 219$ млн. години
Обиколки: $4600 / 219 \approx 21$ – когато Слънцето е било на предишното място по орбитата си, по Земята са ходили първите динозаври.

Щом вътрешните части се въртят по-бързо, как спиралните ръкави не се навиват след няколко обиколки? През 1964 г. Чиа-Чиао Лин и Франк Шу предлагат решение: ръкавите не са вещество, а вълна.

Защо спиралните ръкави не се навиват

Вътрешните части на галактиката обикалят за по-кратко време от външните. Пуснете времето (1 s = 100 млн. години): ако ръкавите бяха изградени все от едни и същи звезди, те бързо биха се навили като часовникова пружина.

В началото двете галактики изглеждат еднакво.

4. Сърцето на Галактиката

През 1974 г. радиоастрономите откриват в центъра мъничък ярък източник – Стрелец A* (произнася се „A звезда“). Дали е черна дупка, се разбира след 30 години наблюдения на звездите около него. Райнхард Генцел и Андреа Гез получават за това Нобелова награда през 2020 г.

Звездите около Стрелец A*

Орбитите на звезди в самия център на Галактиката, както се виждат на небето (север нагоре, изток наляво). Тези звезди се следят от 1992 г. в инфрачервено – през праха. Пуснете годините.

по-широк изглед

През май 2018 г. S2 мина през перицентъра си на ~120 AU от черната дупка със скорост ~7700 km/s. Инструментът GRAVITY измери гравитационното червено отместване на светлината ѝ (2018) и бавното завъртане на орбитата ѝ (2020) – точно колкото предсказва общата теория на относителността. Следващото преминаване е през 2034 г.

През 2022 г. телескопът „“ показа сянката на Sgr A*: светъл пръстен с диаметър 52 µas – колкото поничка на Луната. Изненадващо, нашата черна дупка е много „гладна“ – поглъща толкова малко, че свети милиард пъти по-слабо от на Едингтън.

5. Съседи и минало

☁️ Магелановите облаци

Големият (50 kpc) и Малкият (62 kpc) Магеланов облак се виждат с просто око от южното полукълбо. Големият е масивен – около 10% от Млечния път – и след ~2 млрд. години вероятно ще се слее с нас.

🌊 Джуджето в Стрелец

Малка галактика, която в момента се разкъсва от приливите на Млечния път. Звездите ѝ образуват поток, обвиващ цялата Галактика.

🍝 Гея–Енцелад

Gaia откри през 2018 г. милиони звезди с необичайно издължени орбити – останки от галактика, погълната от Млечния път преди ~10 млрд. години. Нашата Галактика е израснала, като е изяла по-малките.

🫧 Мехурите на Ферми

Два огромни мехура горещ газ, излъчващи гама лъчи, се издигат на ~8 kpc над и под центъра (открити 2010 г.). Вероятно са следа от изригване на черната дупка или от звездообразуване преди милиони години.

6. 🎯 Бърз тест

1 / 7

✓ 0

Защо Млечният път изглежда като ивица на небето?

Избери отговор (или натисни 1–4)

7. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

8. Обобщение

✓ Млечният път е спирална галактика с пречка (SBbc) със 100–400 млрд. звезди; гледаме диска ѝ отвътре
✓ Шапли (1918): кълбовидните купове са центрирани в Стрелец – Слънцето е на 8,2 kpc от центъра
✓ Прахът (Тръмплър, 1930) скрива далечните части на диска; центърът се изследва в инфрачервено и радио
✓ Строеж: издутина с пречка, тънък и дебел диск, ореол с кълбовидни купове, тъмен ореол
✓ Популация I (млади, богати на метали) и Популация II (стари, бедни на метали)
✓ Галактична година ≈ 220 млн. години; ръкавите са вълни на плътността
✓ В центъра: Sgr A* – черна дупка от 4,3 млн. $M_{\odot}$ , претеглена по орбитите на S-звездите

💡Интересен факт

Над една трета от хората на Земята – включително около 60% от европейците – никога не виждат Млечния път от дома си заради светлинното замърсяване. Нашите прадеди са го гледали всяка ясна нощ. Най-тъмните места в България, като Странджа, Родопите и Стара планина далеч от градовете, още предлагат този спектакъл: през лятото центърът на Галактиката изгрява ниско на юг, в Стрелец и Скорпион.