Что заставляет нашу галактику лететь с огромной скоростью?
Кластер Норма — ближайшее массивное скопление галактик к Млечному Пути — находится на расстоянии около 220 миллионов световых лет от Земли. В нем сосредоточена огромная масса, а значит и гравитационное притяжение. Астрономы называют его Великий аттрактор, и он доминирует в нашем регионе Вселенной.
На изображении ниже, сделанном телескопом «Хаббл», показано множество звезд, которые прячут бесчисленное число галактик на заднем фоне. Находясь на границе с Южным Треугольником и Нормой, это поле покрывает часть кластера Нормы (Abell 3627) и часть нашей собственной галактики, Млечного Пути.
Наблюдать Великий аттрактор сложно в оптическом диапазоне. Плоскость Млечного Пути — ответственная за многочисленные яркие звезды на изображении — как затмевает (в случае со звездами), так и скрывает (пылью) многие из объектов за собой. Есть несколько способов заглянуть за инфракрасное и радионаблюдение, но область за центром Млечного Пути, где слой пыли самый толстый, остается загадкой для астрономов.
Последние данные, полученные телескопами Европейского космического агентства в Атакамской пустыне в Чили вступили в противоречие с теорией «великого аттрактора». Астрономы годами предполагали, что что-то неизвестное тянет наш Млечный Путь и десятки тысяч других галактик к себе с головокружительной скоростью в 22 миллиона километров в час. Однако они не могли точно определить, что это или где оно находится.
Еще раз. Огромный кусок космоса, включающий Млечный Путь и суперкластеры галактик, течет к таинственной, гигантской, невидимой массе, которую астрономы назвали Великим Аттрактором и которая находится в 250 миллионах световых лет от Солнечной системы.
Галактика Андромеда и Млечный Путь — это доминирующие структуры галактического кластера так называемой «местной группы», которая, в свою очередь, является частью сверхскопления Девы. Андромеда — расположенная в 2,2 миллиона световых лет от Млечного Пути — мчится к нашей галактики со скоростью 350 тысяч километров в час.
Это движение можно отнести на счет гравитационного притяжения, даже если массы, которую мы наблюдаем, недостаточно, чтобы оказывать такую тягу. Единственное, что может объяснить движение Андромеды — это гравитационная тяга невидимой массы, возможно, эквивалентной десяти галактикам размером с Млечный Путь, которая и располагается между двумя галактиками.
Тем временем, наша местная группа мчится по направлению к центру скопления Девы (Virgo Cluster) на скорости 150 миллионов километров в час.
Даже при всем этом, добавив этот невидимый материал к видимому материалу и получив среднюю массу вселенной, мы получим всего 10-30 % от критической плотности, которая необходима, чтобы «закрыть» вселенную. Этот феномен позволяет предположить, что вселенная «открыта». Космологи продолжают спорить на эту тему точно так же, как пытаются выяснить природу недостающей массы, или «темной материи».
Считается, что темная материя определяет структуру Вселенной на огромных масштабах. Темная материя гравитационно взаимодействует с нормальным веществом и именно это позволяет астрономам наблюдать формирование длинных тонких стен супергалактических кластеров.
Недавние измерения (с помощью телескопов и космических зондов) распределения массы в M31, крупнейшей галактике в окрестностях Млечного Пути, и других галактиках привели к признанию того факта, что галактики наполнены темной материей, и показали, что таинственная сила — темная энергия — заполняет вакуум пустого пространства, ускоряя расширение Вселенной.
Теперь астрономы понимают, что окончательная судьба вселенной неразрывно связана с наличием темной энергии и темной материи. Современная стандартная модель для космологии предполагает, что во вселенной 70 % темной энергии, 25 % темной материи и всего 5 % нормальной материи.
Мы не знаем, что такое темная энергия и почему она существует. С другой стороны, теория частиц подсказывает, что на микроскопическом уровне даже идеальный вакуум пузырится квантовыми частицами, которые являются естественным источником темной энергии. Но элементарные расчеты показывают, что темная энергия, которая вырабатывается из вакуума, имеет значение в 10 120 раз больше, чем то, которое мы наблюдаем. Некоторые неизвестные физические процессы должны устранять большинство, но не всю, энергию вакуума, оставляя достаточно для ускорения расширения вселенной.
Новой теории элементарных частиц придется объяснить этот физический процесс. Новые теории «темных аттракторов» прикрываются так называемым принципом Коперника, который говорит о том, что нет ничего удивительного в том, что мы, наблюдатели, предполагаем, что вселенная неоднородна. Такие альтернативные теории объясняют наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной без привлечения темной энергии, а вместо этого предполагают, что мы недалеко от центра пустоты, за которой более плотный «темный» аттрактор тянет нас к себе.
В статье, опубликованной в Physical Review Letters, Пенгжи Чжан из Шанхайской астрономической обсерватории и Альберт Стеббинс на выставке лаборатории Ферми показали, что популярная модель пустоты и многие другие вполне могут заменить темную энергию, не вступая в противоречия с наблюдениями телескопов.
Опросы показывают, что вселенная однородна, по меньшей мере, на масштабах до гигапарсека. Чжан и Стеббинс утверждают, что если большие масштабы неоднородности существуют, они должны быть обнаружены как температурный сдвиг в космическом микроволновом фоне реликтовых фотонов, образовавшихся спустя 400 000 лет после Большого Взрыва. Это происходит из-за электронно-фотонного рассеяния (обратного Комптоновскому).
Сосредоточив внимание на модели пустоты «пузырь Хаббла», ученые показали, что в таком сценарии некоторые области вселенной будут расширяться быстрее, чем другие, в результате чего температурный сдвиг будет больше, чем ожидается. Но телескопы, изучающие реликтовое излучение, не видят такого большого сдвига.
Что ж, как говорил Карл Саган, «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств».
Источник
Скорость движения Солнца и Галактики во Вселенной
В данной статье рассматривается скорость движения Солнца и Галактики относительно разных систем отсчета:
— скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд, видимых звезд и центра Млечного Пути;
— скорость движения Галактики относительно местной группы галактик, удаленных звездных скоплений и реликтового излучения.
Краткая характеристика Галактики Млечный Путь.
Описание Галактики.
Прежде чем приступить к изучению скорости движения Солнца и Галактики во Вселенной, познакомимся с нашей Галактикой поближе.
Мы живем как бы в гигантском «звездном городе». Вернее – в нем «живет» наше Солнце. Населением этого «города» являются разнообразные звезды, и «проживает» их в нем более двухсот миллиардов. Несметное множество солнц рождается в нем, переживает свою молодость, средний возраст и старость – проходят долгий и сложный жизненный путь, длящийся миллиарды лет.
Громадны размеры этого «звездного города» — Галактики. Расстояния между соседними звездами в среднем равны тысячам миллиардов километров (6*1013 км). А таких соседей свыше 200 миллиардов.
Если бы мы со скоростью света (300 000 км/сек) мчались от одного конца Галактики до другого, на это ушло бы около 100 тысяч лет.
Вся наша звездная система медленно вращается, как гигантское колесо, состоящее из миллиардов солнц.
В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец A*) (около 4,3 миллиона солнечных масс) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы от 1000 до 10 000 масс Солнца и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своем ядре.
Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звёзд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звёздами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца.
Ядро Галактики с огромной силой притягивает все остальные звезды. Но громадное количество звезд расселено и по всему «звездному городу». А они тоже притягивают друг друга в разных направлениях, и это сложно влияет на движение каждой звезды. Поэтому Солнце и миллиарды других звезд в основном движутся по круговым путям или эллипсам вокруг центра Галактики. Но это лишь «в основном» — присмотревшись, мы увидели бы, что они движутся по более сложным кривым, извивающимся путям среди окружающих звезд.
Характеристика Галактики Млечный Путь:
Место нахождения Солнца в Галактике.
Где в Галактике находится Солнце и движется ли оно (а с ним и Земля, и мы с вами)? Не находимся ли мы в «центре города» или хотя бы где-нибудь недалеко от него? Исследования показали, что Солнце и солнечная система расположены на громадном расстоянии от центра Галактики, ближе к «городским окраинам» (26 000 ± 1 400 св. лет).
Солнце расположено в плоскости нашей Галактики и удалено от ее центра на 8 кпк и от плоскости Галактики примерно на 25 пк (1 пк (парсек) = 3,2616 светового года). В области Галактики, где расположено Солнце, звездная плотность составляет 0,12 звезд на пк3.
Скорость движения Солнца в Галактике.
Скорость движения Солнца в Галактике принято рассматривать относительно разных систем отсчета:
— Относительно ближайших звезд.
— Относительно всех ярких звезд, видимых невооруженным глазом.
— Относительно межзвездного газа.
— Относительно центра Галактики.
Остановимся подробнее на каждом из пунктов.
1. Скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд.
Подобно тому, как скорость летящего самолета рассматривается по отношению к Земле, не учитывая полета самой Земли, так и скорость движения Солнца можно определить относительно ближайших к нему звезд. Таким, как звезды системы Сириус, Альфа Центавра и др.
Эта скорость движения Солнца в Галактике сравнительно невелика: всего 20 км/сек или 4 а.е. (1астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149,6 млн км.)
Солнце относительно ближайших звезд движется по направлению к точке (апексу), лежащей на границе созвездий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25° к плоскости Галактики. Экваториальные координаты апекса = 270°, = 30°.
2. Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд.
Если рассматривать движение Солнца в Галактике Млечный Путь относительно всех звезд, видимых без телескопа, то его скорость и того меньше.
Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд составляет — 15 км/сек или 3 а.е.
Апекс движения Солнца в данном случае также лежит в созвездии Геркулеса и имеет следующие экваториальные координаты: = 265°, = 21°.
3. Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа.
Следующий объект Галактики, относительно которого мы рассмотрим скорость движения Солнца, — это межзвездный газ.
Вселенские просторы далеко не так пустынны, как считалось долгое время. Хотя и в небольших количествах, но везде присутствует межзвездный газ, наполняя собой все уголки мирозданья. На межзвездный газ, при кажущейся пустоте незаполненного пространства Вселенной, приходится почти 99% от совокупной массы всех космических объектов. Плотные и холодные формы межзвездного газа, содержащие водород, гелий и минимальные объемы тяжелых элементов (железо, алюминий, никель, титан, кальций), находятся в молекулярном состоянии, соединяясь в обширные облачные поля. Обычно в составе межзвездного газа элементы распределены следующим образом: водород – 89%, гелий – 9%, углерод, кислород, азот – около 0,2-0,3%.
Облака межзвездного газа могут не только упорядоченно вращаться вокруг галактических центров, но и обладать нестабильным ускорением. В течение нескольких десятков миллионов лет они догоняют друг друга и сталкиваются, образуя комплексы из пыли и газа.
В нашей Галактике основной объем межзвездного газа сосредоточен в спиральных рукавах, один из коридоров которых расположен рядом с Солнечной системой.
Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа: 22-25 км/сек.
Межзвездный газ в ближайших окрестностях Солнца имеет значительную собственную скорость (20-25 км/с) относительно ближайших звезд. Под его влиянием апекс движения Солнца смещается в сторону созвездия Змееносца ( = 258°, = -17°). Разница в направлении движения около 45°.
4. Скорость движения Солнца в Галактике относительно центра Галактики.
В трех рассмотренных выше пунктах речь идет о так называемой пекулярной, относительной скорости движения Солнца. Иными словами, пекулярная скорость — это скорость относительно космической системы отсчета.
Но Солнце, ближайшие к нему звезды, местное межзвездное облако все вместе участвуют в более масштабном движении – движении вокруг центра Галактики.
И здесь речь идет уже о совсем других скоростях.
Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики огромна по земным меркам — 200-220 км/сек (около 850 000 км/час) или больше 40 а.е. / год.
Точную скорость Солнца вокруг центра Галактики определить невозможно, ведь центр Галактики скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Однако все новые и новые открытия в этой области все уменьшают расчетную скорость нашего солнца. Еще совсем недавно говорили о 230-240 км/сек.
Солнечная система в Галактике движется по направлению к созвездию Лебедя.
Движение Солнца в Галактике происходит перпендикулярно направлению на центр Галактики. Отсюда галактические координаты апекса: l = 90°, b = 0° или в более привычных экваториальных координатах — = 318°, = 48°. Поскольку это движение обращения, апекс смещается и совершает полный круг за «галактический год», примерно 250 миллионов лет; угловая его скорость
5″ / 1000 лет, т.е. координаты апекса смещаются на полтора градуса за миллион лет.
Нашей Земле от роду около 30 таких «галактических лет».
Кстати, интересный факт на тему скорости движения Солнца в Галактике:
Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звёзд происходит с другой закономерностью, поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных рукавов совпадают — это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.
Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла зародиться и сохраниться жизнь.
Скорость движения Галактики во Вселенной.
Скорость движения Галактики во Вселенной принято рассматривать относительно разных систем отсчета:
— Относительно Местной группы галактик (скорость сближения с галактикой Андромеда).
— Относительно удаленных галактик и скоплений галактик (скорость движения Галактики в составе местной группы галактик к созвездию Девы).
— Относительно реликтового излучения (скорость движения всех галактик в ближайшей к нам части Вселенной к Великому Аттрактору – скоплению огромных сверхгалактик).
Остановимся подробнее на каждом из пунктов.
1. Скорость движения Галактики Млечный Путь к Андромеде.
Наша Галактика Млечный Путь также не стоит на месте, а гравитационно притягивается и сближается с галактикой Андромеда со скоростью 100-150 км/с. Основной компонент скорости сближения галактик принадлежит Млечному Пути.
Поперечная составляющая движения точно не известна, и беспокойства о столкновении преждевременны. Дополнительный вклад в это движение вносит и массивная галактика M33, находящаяся примерно в том же направлении, что и галактика Андромеды. В целом скорость движения нашей Галактики относительно барицентра Местной группы галактик около 100 км / сек примерно в направлении Андромеда/Ящерица (l = 100, b = -4, = 333, = 52), однако эти данные еще весьма приблизительны. Это весьма скромная относительная скорость: Галактика смещается на собственный диаметр за две-три сотни миллионов лет или, очень примерно, за галактический год.
2. Скорость движения Галактики Млечный Путь к скоплению Девы.
В свою очередь, группа галактик, в которую входит и наш Млечный путь, как некое единое целое, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с. Это движение также обусловлено гравитационными силами и осуществляется относительно удаленных скоплений галактик.
3. Скорость движения Галактики во Вселенной. На Великий Аттрактор!
Реликтовое излучение.
Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из электронов, барионов и постоянно излучающихся, поглощающихся и вновь переизлучающихся фотонов.
По мере расширения Вселенной плазма остывала и на определённом этапе замедлившиеся электроны получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией).
Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом.
Те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли, до сих пор достигают нашей планеты через пространство продолжающей расширяться вселенной. Эти фотоны составляют реликтовое излучение, представляющее собой равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение.
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Г. Гамовым в рамках теории Большого взрыва. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году.
Скорость движения Галактики относительно реликтового излучения.
Позже началось изучение скорости движения Галактик относительно реликтового излучения. Определяется это движение измерением неравномерности температуры реликтового излучения в разных направлениях.
Температура излучения имеет максимум в направлении движения и минимум в противоположном направлении. Степень отклонения распределения температуры от изотропного (2,7 К) зависит от величины скорости. Из анализа наблюдательных данных следует, что Солнце движется относительно реликтового излучения со скоростью 400 км/с в направлении =11,6, =-12 .
Такие измерения показали также и другую важную вещь: все галактики в ближайшей к нам части Вселенной, включая не только нашу Местную группу, но и скопление Девы и другие скопления, движутся относительно фонового реликтового излучения с неожиданно большой скоростью.
Для Местной группы галактик она составляет 600-650 км / сек с апексом в созвездии Гидра (=166, =-27). Выглядит это так, что где-то в глубинах Вселенной существует огромный кластер многих сверхскоплений, притягивающий материю нашей части Вселенной. Этот кластер был назван Великим Аттрактором — от английского слова «attract» — притягивать.
Поскольку галактики, входящие в состав Великого Аттрактора, скрыты межзвездной пылью, входящей в состав Млечного Пути, картографирование Аттрактора удалось выполнить только в последние годы с помощью радиотелескопов.
Великий Аттрактор находится на пересечении нескольких сверхскоплений галактик. Средняя плотность вещества в этом районе ненамного больше средней плотности Вселенной. Но за счет гигантских размеров его масса оказывается настолько велика и сила притяжения столь огромна, что не только наша звездная система, но и другие галактики и их скопления поблизости движутся в направлении Великого Аттрактора, формируя огромный поток галактик.
Итак, подведем итоги.
Скорость движения Солнца в Галактике и Галактики во Вселенной. Сводная таблица.
Иерархия движений, в которых принимает участие наша планета:
— вращение Земли вокруг Солнца;
— вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей Галактики;
— движение относительно центра Местной группы галактик вместе со всей Галактикой под действием гравитационного притяжения созвездия Андромеда (галактики М31);
— движение к скоплению галактик в созвездии Девы;
— движение к Великому Аттрактору.
Скорость движения Солнца в Галактике и скорость движения Галактики Млечный Путь во Вселенной. Сводная таблица.
Сложно себе представить, а еще сложнее рассчитать, как далеко мы перемещаемся каждую секунду. Расстояния эти — огромны, а погрешности в таких расчетах пока еще достаточно велики. Вот какими данными располагает наука на сегодняшний день.
Источник