Σύνθεση, δομή και μέγεθος του γαλαξία μας

2024 Συγγραφέας: Miguel Ramacey | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 06:17

Ο Γαλαξίας είναι ένας ριγέ σπειροειδής γαλαξίας. Ο γαλαξίας μας έχει διάμετρο μεταξύ 100.000 και 180.000 ετών φωτός. Υπολογίζεται από τους επιστήμονες ότι περιέχει 100-400 δισεκατομμύρια αστέρια. Υπάρχουν πιθανώς τουλάχιστον 100 δισεκατομμύρια πλανήτες στον Γαλαξία μας. Το ηλιακό σύστημα βρίσκεται μέσα στο δίσκο, 26.490 έτη φωτός από το Γαλαξιακό κέντρο, στην εσωτερική άκρη του βραχίονα του Ωρίωνα, μια από τις σπειροειδείς συγκεντρώσεις αερίου και σκόνης. Τα αστέρια στα εσωτερικά 10.000 έτη φωτός σχηματίζουν ένα εξόγκωμα και μία ή περισσότερες ράβδους. Το γαλαξιακό κέντρο είναι μια έντονη ραδιοφωνική πηγή γνωστή ως Τοξότης Α, που είναι πιθανώς μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα 4,100 εκατομμυρίων ηλιακής μάζας.

Ταχύτητα και ακτινοβολία

Τα αστέρια και τα αέρια σε μεγάλο εύρος αποστάσεων από την τροχιά του Γαλαξιακού Κέντρου κινούνται με ταχύτητα περίπου 220 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Μια σταθερή ταχύτητα περιστροφής είναι αντίθετη με τους νόμους της Κεπλριανής δυναμικής και υποδηλώνει ότι τα περισσότερα απόΗ μάζα του Γαλαξία δεν εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτή η μάζα έχει ονομαστεί «σκοτεινή ύλη». Η περίοδος περιστροφής είναι περίπου 240 εκατομμύρια χρόνια στη θέση του Ήλιου. Ο Γαλαξίας κινείται με ταχύτητα περίπου 600 km το δευτερόλεπτο σε σχέση με τα εξωγαλαξιακά συστήματα αναφοράς. Τα παλαιότερα αστέρια στον Γαλαξία είναι σχεδόν τόσο παλιά όσο και το ίδιο το σύμπαν και πιθανότατα σχηματίστηκαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη Σκοτεινή Εποχή.

Εμφάνιση

Το κέντρο του Γαλαξία είναι ορατό από τη Γη ως μια θολή ζώνη λευκού φωτός, πλάτους περίπου 30°, αψιδωτή από τον νυχτερινό ουρανό. Όλα τα μεμονωμένα αστέρια στον νυχτερινό ουρανό που είναι ορατά με γυμνό μάτι αποτελούν μέρος του Γαλαξία. Το φως προέρχεται από μια συσσώρευση άλυτων αστεριών και άλλου υλικού που βρίσκεται στην κατεύθυνση του γαλαξιακού επιπέδου. Σκοτεινές περιοχές εντός της ζώνης, όπως το Great Rift και το Koalsak, είναι περιοχές όπου η διαστρική σκόνη εμποδίζει το φως από μακρινά αστέρια. Η περιοχή του ουρανού που κρύβει ο Γαλαξίας ονομάζεται Ζώνη Αποφυγής.

Φωτεινότητα

Ο Γαλαξίας έχει σχετικά χαμηλή φωτεινότητα επιφάνειας. Η ορατότητά του μπορεί να μειωθεί σημαντικά από φόντο όπως το φως ή το φως του φεγγαριού. Για να είναι ορατός ο Γαλαξίας, ο ουρανός πρέπει να είναι πιο σκοτεινός από το συνηθισμένο. Θα πρέπει να είναι ορατό εάν το όριο μεγέθους είναι περίπου +5,1 ή υψηλότερο και δείχνει περισσότερες λεπτομέρειες στο +6,1. Αυτό καθιστά τον Γαλαξία δύσκολο να δει κανείς από αστικές ή προαστιακές περιοχές με έντονο φωτισμό, αλλά πολύ ορατός από αγροτικές περιοχές ότανΤο φεγγάρι είναι κάτω από τον ορίζοντα. Ο "New World Atlas of Artificial Night Sky Brightness" αποκαλύπτει ότι περισσότερο από το ένα τρίτο του παγκόσμιου πληθυσμού δεν μπορεί να δει τον Γαλαξία από τα σπίτια του λόγω της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Μέγεθος του γαλαξία του Γαλαξία

Ο Γαλαξίας είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος γαλαξίας στην Τοπική Ομάδα, με τον αστρικό του δίσκο περίπου 100.000 litas (30 kpc) σε διάμετρο και περίπου 1000 litas (0,3 kpc) μέσο πάχος. Η δακτυλιοειδής σειρά από αστέρια που τυλίγονται γύρω από τον Γαλαξία μπορεί να ανήκει στον ίδιο τον γαλαξία, που ταλαντώνεται πάνω και κάτω από το γαλαξιακό επίπεδο. Αν ναι, αυτό θα υποδηλώνει διάμετρο 150.000-180.000 ετών φωτός (46-55 kpc).

Μάζα

Οι εκτιμήσεις της μάζας του Γαλαξία ποικίλλουν ανάλογα με τη μέθοδο και τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται. Στο κάτω άκρο του εύρους εκτίμησης, η μάζα του Γαλαξία είναι 5,8 × 1011 ηλιακές μάζες (M☉), κάπως μικρότερη από τη μάζα του γαλαξία της Ανδρομέδας. Μετρήσεις που χρησιμοποιούσαν μια πολύ μεγάλη διάταξη βάσης το 2009 έδειξαν ταχύτητες τόσο υψηλές όσο 254 km/s (570.000 mph) για αστέρια στο εξωτερικό άκρο του Γαλαξία. Δεδομένου ότι η τροχιακή ταχύτητα εξαρτάται από τη συνολική μάζα στην τροχιακή ακτίνα, αυτό υποδηλώνει ότι ο Γαλαξίας είναι πιο μαζικός, περίπου ίσος με τη μάζα του Γαλαξία της Ανδρομέδας στα 7×1011 M☉ εντός 160.000 λίτρων (49 kpc) από το κέντρο του. Το 2010, μια μέτρηση της ακτινικής ταχύτητας των αστεριών άλω έδειξε ότι η μάζα που περιέχεται σε 80 kiloparsec είναι 7×1011 M☉. Σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε το 2014, η μάζα ολόκληρου του Γαλαξίαυπολογίζεται σε 8,5×1011 M☉, που είναι περίπου η μισή μάζα του Γαλαξία της Ανδρομέδας.

Σκοτεινή ύλη

Το μεγαλύτερο μέρος του Γαλαξία είναι σκοτεινή ύλη, μια άγνωστη και αόρατη μορφή της, η οποία αλληλεπιδρά βαρυτικά με τη συνηθισμένη ύλη. Το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης κατανέμεται σχετικά ομοιόμορφα σε απόσταση μεγαλύτερη από εκατό χιλιόμετρα (kpc) από το Γαλαξιακό Κέντρο. Τα μαθηματικά μοντέλα του Γαλαξία υποδηλώνουν ότι η μάζα της σκοτεινής ύλης είναι 1-1,5×1012 M☉. Πρόσφατες μελέτες δείχνουν εύρος μάζας 4,5×1012 M☉ και διάσταση 8×1011 M☉.

Διαστρικό αέριο

Η συνολική μάζα όλων των άστρων στον Γαλαξία υπολογίζεται ότι είναι μεταξύ 4,6×1010 M☉ και 6,43×1010 M☉. Εκτός από τα αστέρια, υπάρχει επίσης ένα διαστρικό αέριο που περιέχει 90% υδρογόνο και 10% ήλιο, με τα δύο τρίτα του υδρογόνου σε ατομική μορφή και το υπόλοιπο τρίτο σε μορφή μοριακού υδρογόνου. Η μάζα αυτού του αερίου είναι ίση με το 10% ή το 15% της συνολικής μάζας των αστεριών στον γαλαξία. Η διαστρική σκόνη αποτελεί άλλο 1% της συνολικής μάζας.

Η δομή και το μέγεθος του γαλαξία μας

Ο Γαλαξίας περιέχει από 200 έως 400 δισεκατομμύρια αστέρια και τουλάχιστον 100 δισεκατομμύρια πλανήτες. Ο ακριβής αριθμός εξαρτάται από τον αριθμό των αστεριών πολύ χαμηλής μάζας που είναι δύσκολο να εντοπιστούν, ειδικά σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 300 λίτρα από τον Ήλιο. Συγκριτικά, ο γειτονικός Γαλαξίας της Ανδρομέδας περιέχει περίπου τρία τρισεκατομμύρια αστέρια, και επομένως υπερβαίνει το μέγεθος του γαλαξία μας. Γαλαξίαςμπορεί επίσης να περιέχει ίσως δέκα δισεκατομμύρια λευκούς νάνους, δισεκατομμυριοστά αστέρια νετρονίων και εκατό εκατομμύρια μαύρες τρύπες. Γεμίζοντας το χώρο μεταξύ των αστεριών είναι ένας δίσκος αερίου και σκόνης που ονομάζεται διαστρικό μέσο. Αυτός ο δίσκος είναι τουλάχιστον συγκρίσιμος σε ακτίνα με τα αστέρια, ενώ το πάχος του αερίου στρώματος κυμαίνεται από εκατοντάδες έτη φωτός για ψυχρότερο αέριο έως χιλιάδες έτη φωτός για θερμότερο αέριο.

Ο Γαλαξίας αποτελείται από μια περιοχή πυρήνα σε σχήμα ράβδου που περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου, σκόνης και άστρων. Η κατανομή της μάζας στον Γαλαξία μας μοιάζει πολύ με τον τύπο Sbc του Hubble, που αντιπροσωπεύει σπειροειδείς γαλαξίες με σχετικά ελεύθερα εκτεινόμενους βραχίονες. Οι αστρονόμοι άρχισαν για πρώτη φορά να υποψιάζονται ότι ο Γαλαξίας είναι ένας κλειστός σπειροειδής γαλαξίας, παρά ένας συνηθισμένος σπειροειδής γαλαξίας, τη δεκαετία του 1960. Οι υποψίες τους επιβεβαιώθηκαν από τις παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer το 2005, στις οποίες το κεντρικό φράγμα του Γαλαξία ήταν μεγαλύτερο από ό,τι πιστεύαμε.

Οι αντιλήψεις για το μέγεθος του γαλαξία μας μπορεί να διαφέρουν. Ο δίσκος των αστεριών στον Γαλαξία δεν έχει μια αιχμηρή άκρη πέρα από την οποία δεν υπάρχουν αστέρια. Μάλλον, η συγκέντρωση των αστεριών μειώνεται με την απόσταση από το κέντρο του Γαλαξία. Για λόγους που δεν είναι ξεκάθαροι, πέρα από μια ακτίνα περίπου 40.000 λίτρων από το κέντρο, ο αριθμός των αστεριών ανά κυβικό parsec πέφτει πολύ πιο γρήγορα. Ο περιβάλλων γαλαξιακός δίσκος είναι ένα σφαιρικό γαλαξιακό φωτοστέφανο από αστέρια και σφαιρικά σμήνη που εκτείνεται πιο έξω αλλά είναι περιορισμένο σε μέγεθος από τροχιέςδύο δορυφόροι του Γαλαξία - τα Μεγάλα και Μικρά Νέφη του Μαγγελάνου, ο πλησιέστερος από τους οποίους βρίσκεται σε απόσταση περίπου 180.000 λίτρων από το Γαλαξιακό Κέντρο. Σε ή πέρα από αυτήν την απόσταση, οι τροχιές των περισσότερων αντικειμένων φωτοστέφανου θα καταστραφούν από τα σύννεφα του Μαγγελάνου. Επομένως, τέτοια αντικείμενα είναι πιθανό να εκτιναχθούν από την περιοχή του Γαλαξία.

Αστρικά συστήματα και ανεξάρτητοι πλανήτες

Μια ερώτηση σχετικά με το μέγεθος του Γαλαξία είναι μια ερώτηση σχετικά με το πόσο μεγάλοι είναι γενικά οι γαλαξίες. Τόσο ο βαρυτικός μικροφακός όσο και οι παρατηρήσεις πλανητικής διέλευσης υποδεικνύουν ότι υπάρχουν τουλάχιστον τόσοι αστρικοί πλανήτες όσο και αστέρια στον Γαλαξία μας. Και οι μετρήσεις μικροφακών δείχνουν ότι υπάρχουν περισσότεροι ανεξάρτητοι πλανήτες που δεν συνδέονται με αστέρια-ξενιστές από ό,τι τα ίδια τα αστέρια. Σύμφωνα με τον τρόπο Meilin, υπάρχει τουλάχιστον ένας πλανήτης ανά αστέρι, με αποτέλεσμα περίπου 100-400 δισεκατομμύρια.

Για να κατανοήσουμε τη δομή και το μέγεθος του γαλαξία μας, οι επιστήμονες συχνά διεξάγουν διάφορες αναλύσεις αυτού του είδους, ενημερώνοντας και αναθεωρώντας συνεχώς τα ξεπερασμένα δεδομένα. Για παράδειγμα, μια άλλη ανάλυση των δεδομένων Kepler τον Ιανουάριο του 2013 διαπίστωσε ότι υπάρχουν τουλάχιστον 17 δισεκατομμύρια εξωπλανήτες στο μέγεθος της Γης στον Γαλαξία μας. Στις 4 Νοεμβρίου 2013, οι αστρονόμοι ανέφεραν, με βάση δεδομένα από τη διαστημική αποστολή Κέπλερ, ότι εντός των ορίων των αστεριών και των ερυθρών νάνων που είναι κατάλληλοι για τον Ήλιο στην περιοχή του Γαλαξία μας, έως και 40δισεκατομμύρια πλανήτες στο μέγεθος της Γης, 11 δισεκατομμύρια από αυτούς τους εκτιμώμενους πλανήτες μπορεί να περιφέρονται γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο. Σύμφωνα με μια μελέτη του 2016, ο πλησιέστερος τέτοιος πλανήτης θα μπορούσε να απέχει 4,2 έτη φωτός. Τέτοιοι πλανήτες στο μέγεθος της Γης μπορεί να είναι περισσότεροι από τους γίγαντες αερίου. Εκτός από εξωπλανήτες, «εξωκομήτες», κομήτες εκτός του ηλιακού συστήματος, έχουν επίσης ανιχνευθεί και μπορεί να είναι συνηθισμένοι στον Γαλαξία μας. Τα μεγέθη των αστεριών και των γαλαξιών μπορεί να διαφέρουν.