Млечный Путь – это галактика, в которой находится Земля, Солнечная система и все остальные звёзды, видимые невооружённым глазом. Но сколько звёзд в Млечном Пути?
“Это очень сложный вопрос. Нельзя просто сидеть и считать звёзды в галактике”, – сказал Дэвид Корнрайх, доцент Итака-колледжа в Нью-Йорке. Он был основателем сообщества “Спроси астронома” в Корнельском университете.
В галактике Андромеды, которая расположена на расстоянии 2,3 миллиона световых лет от Земли, находятся достаточно яркие, самые большие звёзды и несколько переменных звёзд (переменные цефеиды), которые с такого расстояния можно увидеть только в телескопы. Нам будет трудно увидеть звезду размером с Солнце. Астрономы оценивают количество звёзд в галактике, используя некоторые из приведённых ниже методов.
Структура Млечного Пути
Из наблюдений астрономы знают, что Млечный Путь классифицируется как спиральная галактика с перемычкой. В ядре Млечного Пути сосредоточено подавляющее число звёзд галактики. Звёздный диск галактики имеет структуру в виде спиральных ветвей (рукавов), двух больших и двух второстепенных. Основные рукава Млечного Пути известны как рукава Персея и Стрельца. Шарообразное утолщение в середине диска получило название балдж (англ. bulge – вздутие) – наиболее плотная и компактная центральная часть галактики.
Ядро галактики скрыто от нас газопылевыми облаками и звёздами. Оно обладает очень высокой активностью и излучает в радио-, инфракрасном и рентгеновском диапазонах длин волн. Масса ядра оценивается в несколько десятков миллионов масс Солнца. Исследование процессов, происходящих в центральной области галактики, позволяет предположить, что в ядре расположена сверхмассивная чёрная дыра. Часть звёзд нашей галактики не входит в состав диска, а образует сферическую составляющую – звёздное гало, радиус которого не менее 20 кпк. Гало окружено очень разряженной и большой по размерам (50-60 кпк) внешней частью галактики – короной. Солнечная система в галактике находится далеко от центра – на расстоянии около 8 кпк – и располагается в одном из двух второстепенных рукавов, который называется Рукав Ориона.
Раньше астрономы думали, что все звёзды во Вселенной находятся внутри Млечного Пути, но это изменилось в 1920-х годах. Астроном Эдвин Хаббл использовал звезду, называемую переменной цефеиды, для измерения расстояний в космосе. Благодаря этому астрономы узнали, что во Вселенной есть целые галактики, отделённые от Млечного Пути.
Массовое расследование
Основной способ оценки количества звёзд в галактике – определение массы галактики. Масса оценивается по тому, как галактика вращается, а также по её спектру с помощью спектрографов.
Все галактики удаляются друг от друга, и их свет смещается к красному концу спектра, потому что при удалении длины световых волн увеличиваются. Это называется “красное смещение”. Однако во вращающейся галактике имеется область, которая будет сильнее «смещена в синий цвет», потому что эта область движется к Земле.
“Прежде чем делать оценку, астрономы должны знать наклон или ориентацию галактики”, – сказал Корнрайх.
Для выполнения этого типа работы лучше всего подходит метод, называемый “спектроскопия с длинной щелью”. Здесь удлинённый объект, такой как галактика, рассматривается через удлиненную щель, а свет преломляется с помощью такого устройства, как призма. Это разбивает свет звёзд на цвета радуги.
Некоторые из этих цветов будут отсутствовать, отображая те же “образцы” недостающих частей, что и определённые элементы периодической таблицы. Это позволяет учёным выяснить, какие элементы находятся в звёздах. Каждый тип звёзд имеет уникальный химический отпечаток, который можно увидеть в телескопы. (Это основа последовательности OBAFGKM, которую астрономы используют для различия типов звёзд).
Любой телескоп может выполнять такую спектроскопическую работу. Корнрайх часто использует 200-дюймовый телескоп Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института.
Так как в атмосфере Земли происходит рассеяние из-за светового загрязнения, а также из-за природных явлений – даже таких простых вещей, как закат, идеальным было бы использовать телескоп на орбите. Космический телескоп “Хаббл” является одной из обсерваторий такого типа. Ожидается, что в 2021 году будет запущена обсерватория следующая поколения: космический телескоп Джеймса Уэбба. Проблема, однако, заключается в том, что Хаббл пользуется большим спросом — и то же самое ожидается от Уэбба после его запуска. Таким образом, обсерватории не могут тратить все свое время на оценку массы галактик.
Какую массу составляют звёзды?
Между разными галактиками одинаковой массы могут быть различия в типах звёзд и общей массе. Корнрайх сказал, что есть одно отличие при рассмотрении эллиптических и спиральных галактик. В эллиптических галактиках больше жёлтых и красных звёзд, чем в спиральных галактиках. Эллиптические галактики вращаются очень медленно, практически не имеют газа, пыли и молодых звёзд высокой светимости.
После определения массы галактики возникает ещё одна сложная задача – выяснить, какая часть этой массы состоит из звёзд. Большая часть массы будет состоять из тёмной материи, которая не излучает света.
“Вы должны смоделировать галактику и посмотреть, сможете ли вы понять, каков процент этой массы составляют звёзды”, – сказал Корнрайх.
В типичной галактике, если вы измеряете её массу, глядя на кривую вращения, около 90 процентов этой галактики составляет тёмная материя.
По оценке Корнрайха, поскольку большая часть оставшегося “вещества” в галактике состоит из рассеянного газа и пыли, около 3 процентов массы галактики будут составлять звёзды, но это значение может варьироваться. Кроме того, размер самих звёзд может сильно отличаться от размера нашего Солнца до нескольких десятков раз в ту или иную сторону.
Так есть ли способ точно определить, сколько звёзд в галактике? В конце концов, всё сводится к оценке. Согласно одному расчёту, Млечный Путь имеет массу около 100 миллиардов солнечных масс, поэтому проще всего перевести это в 100 миллиардов звёзд. Следует учитывать звёзды, которые были бы больше или меньше нашего Солнца. Однако массу вычислить сложно – по другим оценкам, масса галактики составляет от 400 до 700 миллиардов солнечных масс.
Задача телескопа Gaia (ЕКА) заключается в том, чтобы составить карту расположения примерно 1 миллиарда звёзд в Млечном Пути. ЕКА заявляет, что Gaia нанесёт на карту 1 процент звёздного содержимого в Млечном Пути, что составляет общее количество звёзд в нашей галактике. Цель Gaia – создать лучшую трёхмерную карту Млечного Пути.
По словам Корнрайха, следует обратить внимание на то, что эти числа являются приблизительными. Более продвинутые модели могут сделать приближение более точным, но будет очень сложно сосчитать звёзды одну за другой и точно сказать, сколько их в галактике.
Источник: https://universetoday.ru/
