Bis zu einem gewissen Grad wissen wir mehr über entfernte Sternensysteme als über unsere eigene Galaxie - die Milchstraße. Seine Struktur ist schwieriger zu untersuchen als die Struktur anderer Galaxien, da man es von innen untersuchen muss und vieles nicht so leicht zu erkennen ist. Interstellare Staubwolken absorbieren Licht von unzähligen entfernten Sternen.
Erst mit der Entwicklung der Radioastronomie und dem Aufkommen von Infrarot-Teleskopen konnten Wissenschaftler verstehen, wie unsere Galaxie funktioniert. Viele Details sind jedoch bis heute unklar. Selbst die Anzahl der Sterne in der Milchstraße wird grob geschätzt. Die neuesten elektronischen Reiseführer rufen Nummern von 100 bis 300 Milliarden Sternen an.
Vor nicht allzu langer Zeit glaubte man, dass unsere Galaxie 4 große Arme hat. Im Jahr 2008 veröffentlichten Astronomen der University of Wisconsin die Ergebnisse der Verarbeitung von etwa 800.000 Infrarotbildern, die mit dem Spitzer-Weltraumteleskop aufgenommen wurden. Ihre Analyse ergab, dass die Milchstraße nur zwei Arme hat. Bei den anderen Ärmeln handelt es sich nur um schmale Seitenäste. Die Milchstraße ist also eine Spiralgalaxie mit zwei Armen. Es ist zu beachten, dass die meisten uns bekannten Spiralgalaxien auch nur zwei Arme haben.
"Dank des Spitzer-Teleskops haben wir die Möglichkeit, die Struktur der Milchstraße zu überdenken", sagte der Astronom Robert Benjamin von der University of Wisconsin auf der Konferenz der American Astronomical Society. "Wir verfeinern unser Verständnis der Galaxie auf die gleiche Weise wie vor Jahrhunderten, als die Entdecker um den Globus reisten, um frühere Ideen darüber, wie die Erde aussieht, zu verfeinern und zu überdenken."
Seit den frühen 90er Jahren des 20. Jahrhunderts haben Beobachtungen im Infrarotbereich unser Wissen über die Struktur der Milchstraße immer mehr verändert, da Infrarot-Teleskope es ermöglichen, durch Gas- und Staubwolken zu schauen und zu sehen, was für herkömmliche Teleskope unzugänglich ist.
2004 - Das Alter unserer Galaxie wurde auf 13,6 Milliarden Jahre geschätzt. Es entstand kurz nach dem Urknall. Am Anfang war es eine diffuse Gasblase, die hauptsächlich Wasserstoff und Helium enthielt. Im Laufe der Zeit wurde daraus eine riesige Spiralgalaxie, in der wir jetzt leben.
allgemeine Eigenschaften
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Aber wie verlief die Entwicklung unserer Galaxie? Wie ist es entstanden - langsam oder im Gegenteil sehr schnell? Wie war sie mit schweren Elementen gesättigt? Wie haben sich die Form der Milchstraße und ihre chemische Zusammensetzung über Milliarden von Jahren verändert? Wissenschaftler haben noch keine detaillierten Antworten auf diese Fragen gegeben.
Unsere Galaxie ist ungefähr 100.000 Lichtjahre lang und die durchschnittliche Dicke der galaktischen Scheibe beträgt ungefähr 3.000 Lichtjahre (die Dicke ihres konvexen Teils - der Ausbuchtung - erreicht 16.000 Lichtjahre). Im Jahr 2008 schlug der australische Astronom Brian Gensler nach Analyse der Ergebnisse von Pulsarbeobachtungen vor, dass die galaktische Scheibe wahrscheinlich doppelt so dick ist, wie allgemein angenommen wird.
Ist unsere Galaxie nach kosmischen Maßstäben groß oder klein? Zum Vergleich: Der Andromeda-Nebel, die uns am nächsten gelegene große Galaxie, hat einen Durchmesser von ungefähr 150.000 Lichtjahren.
Ende 2008 stellten Forscher mithilfe von Radioastronomiemethoden fest, dass sich die Milchstraße schneller dreht als bisher angenommen. Gemessen an diesem Indikator ist seine Masse ungefähr eineinhalb Mal höher als allgemein angenommen. Nach verschiedenen Schätzungen liegt sie zwischen 1,0 und 1,9 Billionen Sonnenmassen. Zum Vergleich: Die Masse des Andromeda-Nebels wird auf mindestens 1,2 Billionen Sonnenmassen geschätzt.
Struktur von Galaxien
Die Milchstraße ist also dem Andromeda-Nebel nicht unterlegen. "Wir sollten unsere Galaxie nicht länger als die kleine Schwester des Andromeda-Nebels behandeln", sagte der Astronom Mark Reid vom Smithsonian Center for Astrophysics an der Harvard University. Da die Masse unserer Galaxie größer als erwartet ist, ist gleichzeitig auch ihre Gravitationskraft höher, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit anderen Galaxien in unserer Nähe zunimmt.
Schwarzes Loch
Unsere Galaxie ist von einem Kugelhalo umgeben, der einen Durchmesser von 165.000 Lichtjahren erreicht. Astronomen bezeichnen den Heiligenschein manchmal als "galaktische Atmosphäre". Es enthält ungefähr 150 Kugelsternhaufen sowie eine kleine Anzahl antiker Sterne. Der Rest des Halo-Raums ist mit verdünntem Gas sowie dunkler Materie gefüllt. Die Masse der letzteren wird auf etwa eine Billion Sonnenmassen geschätzt.
Die Spiralarme der Milchstraße enthalten enorme Mengen an Wasserstoff. Hier werden weiterhin Sterne geboren. Mit der Zeit verlassen junge Sterne die Arme von Galaxien und "wandern" zur galaktischen Scheibe. Die massereichsten und hellsten Sterne leben jedoch nicht lange genug, weshalb sie keine Zeit haben, sich von ihrem Geburtsort zu entfernen. Es ist kein Zufall, dass die Arme unserer Galaxie so hell leuchten. Der größte Teil der Milchstraße besteht aus kleinen, nicht sehr massiven Sternen.
Der zentrale Teil der Milchstraße befindet sich im Sternbild Schütze. Dieser Bereich ist von dunklen Gas- und Staubwolken umgeben, hinter denen nichts zu sehen ist. Erst seit den 1950er Jahren konnten Wissenschaftler mithilfe der Radioastronomie nach und nach erkennen, was dort liegt. In diesem Teil der Galaxie wurde eine mächtige Radioquelle namens Schütze A entdeckt. Beobachtungen zeigten, dass sich hier eine Masse konzentriert, die die Masse der Sonne um mehrere Millionen Mal übersteigt. Die akzeptabelste Erklärung für diese Tatsache ist nur möglich: In der Mitte unserer Galaxie befindet sich ein Schwarzes Loch.
Aus irgendeinem Grund machte sie jetzt eine Pause für sich und zeigt nicht viel Aktivität. Der Zufluss von Materie ist hier sehr gering. Vielleicht hat das Schwarze Loch mit der Zeit Appetit. Dann beginnt es wieder, den Schleier aus Gas und Staub zu absorbieren, der es umgibt, und die Milchstraße wird in die Liste der aktiven Galaxien aufgenommen. Es ist möglich, dass vorher im Zentrum der Galaxie Sterne kräftig auftauchen. Solche Prozesse werden wahrscheinlich regelmäßig wiederholt.
2010 - Amerikanische Astronomen, die das Fermi-Weltraumteleskop zur Beobachtung der Gammastrahlungsquellen verwenden, entdeckten zwei mysteriöse Strukturen in unserer Galaxie - zwei riesige Blasen, die Gammastrahlung emittieren. Jeder von ihnen hat einen durchschnittlichen Durchmesser von 25.000 Lichtjahren. Sie streuen vom Zentrum der Galaxie nach Norden und Süden. Vielleicht sprechen wir über die Partikelströme, die einst von einem Schwarzen Loch mitten in der Galaxie emittiert wurden. Andere Forscher glauben, dass es sich um Gaswolken handelt, die explodierten, als Sterne geboren wurden.
Es gibt mehrere Zwerggalaxien rund um die Milchstraße. Die bekanntesten davon sind die großen und kleinen Magellanschen Wolken, die durch eine Art Wasserstoffbrücke mit der Milchstraße verbunden sind, eine riesige Gaswolke, die sich hinter diesen Galaxien erstreckt. Es wurde "Magellanic Stream" genannt. Es erstreckt sich über etwa 300.000 Lichtjahre. Unsere Galaxie verschlingt ständig die nächsten Zwerggalaxien, insbesondere die Schütze-Galaxie, die sich 50.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt befindet.
Es bleibt hinzuzufügen, dass sich die Milchstraße und der Andromeda-Nebel aufeinander zu bewegen. Vermutlich werden in 3 Milliarden Jahren beide Galaxien zu einer größeren elliptischen Galaxie verschmelzen, die bereits den Namen "Milchhonig" trägt.
Der Ursprung der Milchstraße
Lange Zeit glaubte man, dass sich die Milchstraße allmählich bildete. 1962 - Olin Eggen, Donald Linden-Bell und Allan Sandage schlugen eine Hypothese vor, die als ELS-Modell bekannt wurde (benannt nach den Anfangsbuchstaben ihrer Nachnamen). Ihr zufolge drehte sich einst langsam eine homogene Gaswolke anstelle der Milchstraße. Es ähnelte einer Kugel und hatte einen Durchmesser von ungefähr 300.000 Lichtjahren und bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Unter dem Einfluss der Schwerkraft schrumpfte die Protogalaxie und wurde flach; Gleichzeitig beschleunigte sich seine Rotation spürbar.
Andromedas Nebel
Dieses Modell war fast zwei Jahrzehnte lang für Wissenschaftler geeignet. Die neuen Beobachtungen zeigten jedoch, dass die Milchstraße nicht so entstanden sein konnte, wie es die Theoretiker diktierten.
Nach diesem Modell wird zuerst ein Lichthof und dann eine galaktische Scheibe gebildet. Die Scheibe enthält aber auch sehr alte Sterne, zum Beispiel den roten Riesen Arcturus, dessen Alter mehr als 10 Milliarden Jahre beträgt, oder zahlreiche gleichaltrige weiße Zwerge.
Sowohl in der galaktischen Scheibe als auch im Lichthof wurden Kugelhaufen gefunden, die jünger sind als das ELS-Modell vermuten lässt. Offensichtlich werden sie von unserer späteren Galaxie verschluckt.
Viele Sterne im Heiligenschein drehen sich in eine andere Richtung als die Milchstraße. Vielleicht waren auch sie einmal außerhalb der Galaxie, aber dann wurden sie in diesen "Sternwirbel" hineingezogen - wie ein versehentlicher Schwimmer in einem Whirlpool.
1978 Leonard Searle und Robert Zinn schlugen ihr eigenes Modell für die Bildung der Milchstraße vor. Sie wurde als "Model SZ" bezeichnet. Jetzt ist die Geschichte der Galaxis viel komplizierter geworden. Vor nicht allzu langer Zeit wurde ihre Jugend in den Köpfen der Astronomen so einfach beschrieben wie nach Ansicht der Physiker eine geradlinige Translationsbewegung. Die Mechanik des Geschehens war deutlich sichtbar: Es gab eine homogene Wolke; es bestand nur aus gleichmäßig verteiltem Gas. Nichts erschwerte durch seine Anwesenheit die Berechnungen der Theoretiker.
Anstelle einer riesigen Wolke in den Visionen von Wissenschaftlern tauchten jetzt mehrere kleine, phantasievoll verstreute Wolken gleichzeitig auf. Unter ihnen waren die Sterne; Sie befanden sich jedoch nur im Heiligenschein. Alles im Heiligenschein brodelte: Die Wolken kollidierten; Die Gasmassen wurden gemischt und verdichtet. Im Laufe der Zeit wurde aus dieser Mischung eine galaktische Scheibe gebildet. Darin tauchten neue Sterne auf. Dieses Modell wurde jedoch später kritisiert.
Es war unmöglich zu verstehen, was den Heiligenschein und die galaktische Scheibe verband. Diese sich verdickende Scheibe und die spärliche Sternhülle um sie herum hatten wenig gemeinsam. Bereits nachdem Searle und Zinn ihr Modell hergestellt hatten, stellte sich heraus, dass sich der Lichthof zu langsam dreht, um eine galaktische Scheibe zu bilden. Gemessen an der Verteilung der chemischen Elemente entstand letzteres aus protogalaktischem Gas. Schließlich stellte sich heraus, dass der Drehimpuls der Scheibe zehnmal höher war als der des Halos.
Das Geheimnis ist, dass beide Modelle ein Körnchen Wahrheit enthalten. Das Problem ist, dass sie zu einfach und einseitig sind. Beide scheinen nun Fragmente desselben Rezepts zu sein, nach dem die Milchstraße hergestellt wurde. Eggen und seine Kollegen lesen ein paar Zeilen aus diesem Rezept, Searle und Zinn ein paar andere. Wenn wir versuchen, die Geschichte unserer Galaxie neu vorzustellen, bemerken wir daher hin und wieder bekannte Zeilen, die bereits einmal gelesen wurden.
Die Milchstrasse. Computermodell
So begann alles kurz nach dem Urknall. „Heute ist allgemein anerkannt, dass Schwankungen in der Dichte der dunklen Materie zu den ersten Strukturen geführt haben - den sogenannten dunklen Lichthöfen. Dank der Schwerkraft haben sich diese Strukturen nicht aufgelöst “, bemerkt der deutsche Astronom Andreas Burkert, der Autor eines neuen Modells der Geburt der Galaxis.
Dunkle Lichthöfe wurden zu Embryonen - Kernen - zukünftiger Galaxien. Unter dem Einfluss der Schwerkraft sammelte sich um sie herum Gas an. Es kam zu einem homogenen Kollaps, wie es das ELS-Modell beschreibt. Bereits 500-1000 Millionen Jahre nach dem Urknall wurden die Gascluster, die die dunklen Lichthöfe umgaben, zu "Inkubatoren" von Sternen. Hier traten kleine Protogalaxien auf. In dichten Gaswolken entstanden die ersten Kugelhaufen, weil hier hunderte Male häufiger Sterne geboren wurden als anderswo. Protogalaxien kollidierten und verschmolzen miteinander - so entstanden große Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße. Heute ist es von dunkler Materie und einem Heiligenschein aus einzelnen Sternen und ihren Kugelhaufen umgeben, diesen Ruinen des Universums, deren Alter mehr als 12 Milliarden Jahre beträgt.
Es gab viele sehr massive Sterne in den Protogalaxien. In weniger als ein paar zehn Millionen Jahren explodierten die meisten von ihnen. Diese Explosionen bereicherten die Gaswolken mit schweren chemischen Elementen. Daher wurden in der galaktischen Scheibe nicht solche Sterne wie im Halo geboren - sie enthielten hunderte Male mehr Metalle. Zusätzlich erzeugten diese Explosionen starke galaktische Wirbel, die das Gas erhitzten und aus den Protogalaxien herausfegten. Die Trennung von Gasmassen und dunkler Materie ist aufgetreten. Dies war das wichtigste Stadium bei der Bildung von Galaxien, das bisher in keinem Modell berücksichtigt wurde.
Gleichzeitig kollidierten zunehmend dunkle Lichthöfe miteinander. Darüber hinaus dehnten sich die Protogalaxien aus oder lösten sich auf. Diese Katastrophen erinnern an die Sternenketten, die seit den Tagen der "Jugend" im Heiligenschein der Milchstraße erhalten geblieben sind. Durch die Untersuchung ihres Standorts ist es möglich, die Ereignisse zu bewerten, die in dieser Zeit stattfanden. Allmählich bildete sich aus diesen Sternen eine riesige Kugel - der Heiligenschein, den wir sehen. Als es abkühlte, drangen Gaswolken ein. Ihr Drehimpuls blieb erhalten, da sie nicht zu einem einzigen Punkt zusammenfielen, sondern eine rotierende Scheibe bildeten. All dies geschah vor über 12 Milliarden Jahren. Das Gas wurde nun wie im ELS-Modell beschrieben komprimiert.
Zu dieser Zeit bildet sich auch die "Ausbuchtung" der Milchstraße - ihr Mittelteil ähnelt einem Ellipsoid. Die Ausbuchtung besteht aus sehr alten Sternen. Es entstand wahrscheinlich bei der Fusion der größten Protogalaxien, die die Gaswolken am längsten hielten. Darunter befanden sich Neutronensterne und winzige Schwarze Löcher - Relikte explodierender Supernovae. Sie verschmolzen miteinander und absorbierten gleichzeitig Gasströme. Vielleicht ist so ein riesiges Schwarzes Loch entstanden, das sich jetzt im Zentrum unserer Galaxie befindet.
Die Geschichte der Milchstraße ist viel chaotischer als bisher angenommen. Unsere Heimatgalaxie, die selbst für kosmische Verhältnisse beeindruckend ist, entstand nach einer Reihe von Einschlägen und Fusionen - nach einer Reihe von kosmischen Katastrophen. Spuren dieser alten Ereignisse sind noch heute zu finden.
So drehen sich zum Beispiel nicht alle Sterne der Milchstraße um das galaktische Zentrum. Wahrscheinlich hat unsere Galaxie im Laufe der Milliarden Jahre ihres Bestehens viele Mitreisende "verschluckt". Jeder zehnte Stern im galaktischen Heiligenschein ist weniger als 10 Milliarden Jahre alt. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich bereits die Milchstraße gebildet. Vielleicht sind dies die Überreste der einst gefangenen Zwerggalaxien. Eine Gruppe britischer Wissenschaftler des Astronomical Institute (Cambridge) unter der Leitung von Gerard Gilmour berechnete, dass die Milchstraße offenbar 40 bis 60 Zwerggalaxien vom Typ Karin absorbieren könnte.
Darüber hinaus zieht die Milchstraße riesige Gasmassen an. So bemerkten niederländische Astronomen 1958 viele kleine Flecken im Heiligenschein. Tatsächlich stellte sich heraus, dass es sich um Gaswolken handelte, die hauptsächlich aus Wasserstoffatomen bestanden und auf die galaktische Scheibe zueilten.
Unsere Galaxie wird ihren Appetit in Zukunft nicht mäßigen. Vielleicht absorbiert es die uns am nächsten gelegenen Zwerggalaxien - Fornax, Karina und wahrscheinlich Sextans - und verschmilzt dann mit dem Andromeda-Nebel. Rund um die Milchstraße - dieser unersättliche "Sternenkannibale" - wird noch öder.
A. Volkov
