Галактика стала чуть более интересной

из блога Фила Плейта Bad Astronomy

6 июня 2013 года

Наша Галактика, Млечный Путь - огромная спираль, которая занимает в иерархии галактик во Вселенной почетное место в верхних ярусах, скрывая в себе несколько сотен миллиардов масс Солнца.

Мы находимся внутри нее, что делает понимание общей картины весьма затруднительным - это как, сидя на пеньке среди деревьев, пытаться представить себе форму всего леса. И да, мы застряли здесь, внутри нее, не имея возможности перемещаться.

У астрономов есть небольшое преимущество перед лесными жителями - у нас есть телескопы, которые позволяют видеть большую часть Галактики (включая радиотелескопы, при помощи которых можно проникнуть в пыль даже глубже и там пытаться выскрести ответы на интересующие нас вопросы). Мы также видим и можем изучать другие галактики. Кроме этого, у нас ведь есть еще и математика с физикой, которые помогут в исследованиях форм галактик.

И вот теперь появились два новых результата этих исследований - первый - мы узнали лучше, как же формируются спиральные рукава галактик, а второй - рукав, в котором мы находимся, как оказалось, значительно больше, чем считалось ранее.

Я в возмущении

Галактика - огромный плоский диск со спиральными рукавами. Звезды ближе к ее ядру обрашаются вокруг ее центра с большими скоростями, чем на ее окраинах, и вы могли бы ожидать, что такая картина приводит к закручиванию спиральных рукавов. Но этого не происходит, что навело астрономов на мысль, что рукава - скорее всего, волны плотности вроде пробок на дороге, где отдельные звезды исполняют роль машин. Дорожная пробка - не есть что-то твердое, машина замедляется в ее начале, едет медленно в середине, и ускоряется в ее конце, покидая пробку. С течением времени пробка сохраняется, хотя отдельные машины приходят в нее и уходят. Это называется волной плотности.

Спиральные рукава действуют так же. Проблема в том, что мы не знали, когда они начались, и почему они способны сохраняться так долго. Но теперь появилась новая идея, которая может объяснить и то и другое. 

Астрономы создали компьютерную модель диска галактики из 100 млн звезд (тестовых частиц, как они это называют) и заставили их взаимодействовать между собой посредством гравитации. В эту модель они также добавили огромные облака пыли и газа (ОПГ), предоставив им возможность свободно обрашаться вокруг центра. Оказалось, что ОПГ постепенно сбиваются гравитацией в искаженный диск. С течением времени звезды обращаются вокруг центра Галактики, приводя к образованию спиральной структуры - почти такой, какую мы сейчас наблюдаем. Более того, спираль продолжает существовать, даже если убрать ОПГ (что может произойти в реальности, когда они сожмутся в звезды и постепенно исчезнут). 

Новый результат интересен тем, что решает некоторые проблемы старых концепций, одной из которых была идея, что рукава самоорганизуются под действием собственной гравитации, хотя для ее поддержки приходилось прибегать к многочисленным упрощениям. Новые модели показывают, что рукава могут существовать и без этих упрощений. Они также говорят о том, что однажды вызванные локальные флуктуации диска продолжают существовать и после того, как причина возмушений покинет их. 

В галактической физике проблема существования рукавов стояла очень долго и, возможно, эти результаты будут хорошим ответом на нее. Конечно же, всегда есть что еще изучать и добавлять в эти модели, я думаю, это будет долговременное и плодотворное исследование.

Сильный рукав.

Солнце обрашается вокруг центра Галактики с периодом 240 млн лет или около того. Оно входит в и выходит из рукавов, и сейчас, как мы знаем, оно находится между двумя большими рукавами - с одной стороны это рукав Персея, который виден в направлении созвездия Персей, а второй - рукав Стрельца. 

Считалось, что мы находимся в небольшом ответвлении, которое называется локальный рукав - это небольшой прямолинейный отросток основных рукавов. Новые наблюдения, сделанные при помощи Массива с Очень Большой Базой, показывают, что локальный рукав - не просто ответвление, скорее всего, это большая ветвь рукава Персея или даже большой самостоятельный рукав.

Результаты получены при помощи интересного метода - интерферометрии, что позволило сделать исключительно точные измерения положения рукавов. Сначала они замерили положение облаков газа, когда Земля находилась в одном месте своей орбиты. Затем измерения повторили спустя какое-то время, когда Земля переместилась в другое место. Такой метод называется методом параллакса и обычно использовался для определения положения близких звезд. Но теперь, с большими радиомассивами можно применять этот метод и для объектов значительно более далеких. По результатам наблюдений была построена трехмерная карта облаков газа, которая включала в себя и локальный рукав.

Оказалось, что угол наклона (угол, под которым рукав отходит от центра Галактики), не такой острый, как ожидалось. Иными словами, рукав очень медленно закручивается и не "приклеен" к центру как все остальные ответвления, указывающие наружу прямо из центра. Обнаружено, что рукав очень длинный, порядка 15 тысяч св. лет, что при общей протяженности Галактики в 100 тысяч св. лет представляет собой солидное значение.

Так что мы находимся не в ответвлении, а в самом настоящем, самостоятельном большом рукаве! Мои поздравления!

Путь молока.

Мне нравится, что мы продолжаем узнавать удивительные вещи про наш Млечный Путь, даже несмотря на то, что находимся внутри него. Это как будто жить всю жизнь в одном доме и вдруг обнаружить в нем еще одну большую комнату или что, например, он значительно больше, чем ты думал, или, например, что его план совсем не такой, каким ты его себе представлял.

Изучение Галактики - трудное дело. Ты находишься в своей голове, но без зеркала никогда не поймешь, как выглядит твое лицо. Можно смотреть на других людей и пытаться экстраполировать их внешность на себя. Мы, собственно, этим и занимаемся в рамках галактической астрономии, и с новыми методами и мощными компьютерами, можем теперь представить себе общую картину гораздо лучше.

И хотя этот метод может показаться эзотеричным и странным, на самом деле он таковым не является. Хорошо, является, но он показывает нам, где мы живем. Если летней ночью выйти во двор в северном полушарии, можно увидеть, что Млечный Путь доминирует на нашем небе. Можно увидеть, как белое рассеянное свечение протянулось через все небо. Веками у нас не было ни малейшего понятия, что оно из себя представляет, но теперь мы знаем, что это свет миллиардов солнц, объединенных в диск таких размеров, что свету требуется тысяча веков, чтобы пересечь его из конца в конец. 

И это наш дом, который мы с каждым днем понимаем все лучше.