Вращение галактик вокруг центра вселенной

Вращение галактики

Загляните в пространство, и вы заметите, что все находится в движении. Земля совершает обороты вокруг оси и проходит орбитальный путь вокруг Солнца. Как вы уже могли догадаться, мы даже испытываем вращение относительно Млечного Пути.

Галактика также вращается, но делает это чрезвычайно медленно. На орбитальный путь Солнца вокруг галактического центра уходит 220 миллионов лет. Получается, что с момента формирования 4.6 миллиарда лет назад Солнечная система совершила лишь 20 оборотов.

Даже если это не так отчетливо видно, но мы знаем, что галактическое вращение происходит. Галактика представляет собою приплюснутый диск, напоминающий Солнечную систему. Именно центробежная сила сглаживает его. Есть центр и все звезды облетают его по кругу. В гало у объектов наблюдаются разные скорости и орбитальные пути.

Зависимость скорость вращения галактики от удаленности от его центра. Синий график — без учета темной материи, красный — с учетом

Благодаря расчетам скорости галактического вращения удалось «обнаружить» (мы не можем ее увидеть) темную материю. Если бы ее не было, то все крутилось бы в безумном вихре. Общая масса галактики в 10 раз больше суммарной звездной массы в ней (1 триллион солнечной). 90% – невидимая темная материя, которая удерживает объекты в моменте вращения. Млечный Путь простирается на 600000 световых лет.

Все галактики участвуют в движении. Именно оно вступает в конфронтацию с их внутренней гравитацией. Если бы они не вращались, то начали бы сокращаться внутрь и завершали существование в виде центральных сверхмассивных черных дыр.

Источник

Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной

Поговорку «Хочешь жить, умей вертеться» мог бы придумать астроном. Вокруг своей оси вращаются планеты, звезды, некоторые галактики и многие другие объекты. Теперь же ученые неожиданно обнаружили вращение самых больших в космосе структур — нитей, составленных из галактик и вытянутых на сотни миллионов световых лет.

В космической паутине

Когда Вселенная возникла в результате Большого взрыва, она была очень однородной. Ни одну точку новорожденного космоса нельзя было отличить от любой другой. Существовали лишь крошечные различия в плотности материи. Эти мизерные уплотнения стали зародышами грандиозной космической структуры, наблюдаемой сегодня. Ведь там, где больше плотность вещества, сильнее гравитация. А гравитация притягивает окружающую материю, и в результате плотность становится еще больше. Это замкнутый круг, из-за которого изначально крошечная неоднородность растет, как снежный ком.

Впрочем, материя Вселенной собралась не в сферические комья, а в более причудливый узор. Сначала она образовала плоские широкие стены, похожие на блины (они так и называются — «блины Зельдовича»). Потом вещество стянулось от центра каждого «блина» к его краям. Так возникла колоссальная космическая паутина, которую мы наблюдаем сегодня. Она образована нитями (они же волокна и филаменты), состоящими из галактик или скоплений галактик (вопрос, что называть скоплением, достаточно тонкий). Длина этих нитей измеряется сотнями миллионов световых лет, а диаметр — «всего» миллионами. Для сравнения: диаметр Млечного Пути — порядка 100 000 световых лет. Промежутки между нитями образуют так называемые войды (пустоты), в которых галактик практически нет.

Итак, сперва однородная масса разделилась на плоские стены, а потом стены стянулись к краям, собравшись в тонкие нити. Но история скучивания вещества неугомонной гравитацией на этом не закончилась. На наших глазах галактики стекаются к перекрестьям нитей. Волокна космической паутины — это огромные реки. Они текут к гигантским скоплениям галактик, образовавшимся на пересечении волокон. Возможно, когда-нибудь (нескоро даже по астрономическим меркам) материя окончательно стянется в сферические комки, и впечатляющая паутина Вселенной перестанет существовать.

Голова кругом

Не стоит думать, что каждая галактика дисциплинировано движется вдоль космического волокна, словно автомобиль в полосе автомагистрали. На самом деле у каждого «звездного острова» своя траектория. Индивидуальные движения накладываются на общее упорядоченное течение, внося в него долю хаоса. Однако за вычетом этого беспорядка галактики движутся вдоль космических нитей, словно вода в реке вдоль русла. Во всяком случае, так гласит простейший вариант теории, и до сих пор у специалистов не было оснований считать иначе.

Однако в 2020 году был опубликован препринт любопытной теоретической работы. Ее авторы утверждали, что галактики внутри космической нити могут двигаться по винтовой линии. Они словно отслеживают форму огромной пружины, винтовой лестницы или спирали ДНК. Такое движение с некоторой натяжкой можно назвать вращением космической нити вокруг своей оси. Исследователи проиллюстрировали этот процесс специальной анимацией.

Эта гипотеза заинтересовала команду ученых из Германии, Китая и Эстонии.

«Руководствуясь предположением теоретика доктора Марка Нейринка о том, что волокна могут вращаться, мы исследовали наблюдаемое распределение галактик в поисках вращения волокон», — рассказывает соавтор статьи в Nature Astronomy Ноам Либескинд из Потсдамского астрофизического института.

Исследователи использовали данные обзора SDSS, в котором содержались наблюдения за сотнями тысяч галактик. Авторы нанесли на карту тысячи нитей космической паутины, для каждого волокна была прочерчена продольная ось. Затем астрономы тщательно сравнили спектры галактик, расположенных по разные стороны оси. Их интересовало так называемое красное и синее смещение. Эта характеристика позволяет узнать, удаляется объект от наблюдателя или приближается к нему, и с какой скоростью.

Чтобы понять, что увидели исследователи, возьмите вытянутый предмет (например, ручку, хотя эффект будет заметнее на плоском объекте вроде смартфона). Поднимите его на уровень глаз и медленно поверните вокруг продольной оси. Окажется, что одна сторона вращающегося предмета удаляется от ваших глаз, а другая приближается к ним. Именно это и обнаружили специалисты, отследив движение составляющих волокна галактик относительно наблюдателя. Другими словами, они обнаружили вращение волокон вокруг своей оси.

Конечно, реальные траектории «звездных островов» далеки от идеальной винтовой линии. Это вращение — скорее общий компонент в дрейфе множества галактик, который останется, если убрать их индивидуальные движения. Последние могут и преобладать, делая вращение незаметным. В целом авторы вовсе не утверждают, что вращается каждое волокно в паутине Вселенной. Скорее, вращаются лишь некоторые (наименее «бурлящие») из них. Но это уже само по себе — крупное во всех смыслах открытие.

«Эти фантастические нити материи вращаются, несмотря на то, что они являются тонкими цилиндрами — по соотношению габаритов похожими на карандаши — длиной в сотни миллионов световых лет, но всего несколько миллионов световых лет в диаметре, — комментирует Либескинд. — В этих масштабах сами галактики внутри них — просто пылинки. Они движутся по винтовым линиям, или штопорообразным орбитам, вращаясь вокруг середины нити, но в то же время путешествуя вдоль нее. Подобное вращение никогда раньше не наблюдалось в таких огромных масштабах, и, следовательно, должен существовать пока неизвестный физический механизм, ответственный за вращение этих объектов».

Называя механизм неизвестным, эксперт осторожничает. В теоретической работе группы Нейринка, с которой все началось, винтовое движение галактик в нитях порождается гравитацией колоссальных скоплений галактик, расположенных на концах волокна. Анализируя данные каталога SDSS, Либескинд и его коллеги обнаружили важное свидетельство того, что так и есть: выяснилось, что чем массивнее эти скопления, тем заметнее вращение нити. Это, кстати, один из главных аргументов за то, что обнаруженное движение галактик реально. Будь эффект следствием какой-нибудь погрешности, вкравшейся в сбор или обработку данных, не было бы причин для взаимосвязи между вращением нити и массой скоплений на ее концах.

Впрочем, астрофизикам только предстоит выяснить детали механизма, приводящего в движение структуры, рядом с которыми галактики — просто пыль. Пока остается без ответа и самый интригующий вопрос: влияет ли это вращение на жизнь галактик, звезд и разумных существ.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Источник

ВРАЩЕ́НИЕ ГАЛА́КТИК

В книжной версии

Том 6. Москва, 2006, стр. 14

Скопировать библиографическую ссылку:

• 
• 
• 
• 
• 

ВРАЩЕ́НИЕ ГАЛА́КТИК, не­отъ­ем­ле­мое свой­ст­во га­лак­тик лю­бых мор­фо­ло­гич. ти­пов. По­сколь­ку га­лак­ти­ки – это не сплош­ные те­ла, а со­во­куп­ность отд. объ­ек­тов, удер­жи­вае­мых об­щим гра­ви­та­ци­он­ным по­лем, различные со­став­ляю­щие галак­тик мо­гут иметь разл. ско­ро­сти вра­ще­ния да­же на од­ном и том же рас­стоя­нии от цен­тра. Тер­мин «ско­рость вра­ще­ния» от­но­сят, как пра­ви­ло, к са­мым бы­ст­ров­ра­щаю­щим­ся ком­по­нен­там га­лак­тик – их звёзд­но-га­зо­вым дис­кам. И звёз­ды, и газ, об­ра­зую­щие диск, дви­жут­ся во­круг цен­тра га­лак­ти­ки по ор­битам, близ­ким к кру­го­вым, с ха­рак­тер­ным пе­рио­дом от не­сколь­ких де­сят­ков до не­сколь­ких со­тен млн. лет. От­кло­не­ния от кру­го­вых дви­же­ний вра­щаю­щих­ся дис­ков обыч­но бы­ва­ют свя­за­ны со струк­тур­ны­ми де­та­ля­ми га­лак­тик: на­личи­ем пе­ре­мыч­ки (ба­ра) или спи­раль­ных вет­вей, ли­бо (ес­ли речь идёт о вра­ще­нии га­за) с об­лас­тя­ми ин­тен­сив­но­го звез­до­об­ра­зо­ва­ния. Силь­ное от­ли­чие дви­же­ния га­за и звёзд от кру­го­во­го час­то име­ет ме­сто во взаи­мо­дей­ст­вую­щих и вза­им­но про­ни­каю­щих га­лак­ти­ках.

Источник

Вращение Галактики

Так как простирающиеся вдоль луча зрения массы нейтрального водорода находятся в различных местах Галактики и имеют различную лучевую скорость, их из­лучения, вследствие эффекта Доплера различным обра­зом смещены относительно длины волны 21 см. Эмисси­онная линия расширяется и для каждого направления принимает особую форму, отражающую все лучевые дви­жения нейтрального водорода, которые происходят в этом направлении.

В настоящее время разработан метод определения за­кона вращения всей массы нейтрального водорода Галак­тики по совокупности профилей его эмиссионной линии 21 см для различных направлений. Этот метод в настоящее время дает наиболее надежные данные о законе вращения нашей звездной системы, т. е. данные о том, как изменяется угловая скорость вращения системы по мере удаления от центра Галактики к ее окраинным областям.

Результаты такого определения, выполненного И. В. Петровской, Б. И. Фесенко и автором этой книги по профилям линий, полученным голландскими и авст­ралийскими астрономами, приведены на рис. 9. Для Центральных областей Галактики угловую скорость вра­щения пока определить не удается. Как видно, угловая скорость вращения Галактики убывает по мере удале­ния от ее центра сначала быстро, затем медленнее. На Расстоянии 8 кпс от центра угловая скорость равна О’ ,0061 в год. Это соответствует периоду обращения 212 млн. лет. В районе Солнца <10 кцс от центра. Галактики) угловая скорость равна 0’\0047 в год. период обра­щения 275 млн. лет. Обычно именно эту величину — пе­риод обращения Солнца вместе с окрестными звездами около центра нашей звездной системы — считают перио­дом вращения Галактики и называют галактическим го­дом. Но нужно понимать, что общего периода вращения для Галактики, нет, она вращается не как твердое тело.

Закон изменения линейной Скорости вращения, рав­ной произведению угловой скорости на расстояние от центра, становится яс­ным из рис. 10. В райо­не Солнца скорость рав­на 220 км/с. Это значит, что в своем движении вокруг центра Галакти­ки Солнце и окрестные звезды пролетают в се­кунду 220 км.

Явление вращения Галактики было обнару­жено и до применения радиометодов. Первые, исследования, посвященные этому вопросу, принадлежали астроному Казанской обсерватории М.А.Ковальскому, который в 1860г. дал математическое обоснование метода и получил необходимые рабочие фор­мулы. Однако ввиду отсутствия в то время необходимых наблюдательных данных Ковальский не использовал, выве­денные им формулы.

В 1927 г. голландский астроном Оорт вывел аналогичные формулы и, используя накопившийся к тому времени наблюдательный материал, получил уверенные данные о вращении Галактики. Более общий метод исследования в ращения нашей звездной системы разработал в 1932 г. советский астроном К. Ф. Ого­родников.

Основная идея метода состоит в том, что звездная си­стема должна вращаться не так, как твердое тело: не подобно патефонной пластинке, все точки которой описывают круг в один и тот же промежуток времени, а подобно вращающейся жидкости в тазу — угловая ско­рость вращения уменьшается с удалением от центра.

Примером такого вращения является вращение Солнечной системы. Все тела этой системы — большие и малые планеты, большинство комет и метеорные тела —
обращаются вокруг Солнца в одном направлении. Поэтому можно говорить о вращении всей Солнечной системы в целом, но при этом периоды обращений отдельных тел различны. Согласно третьему закону Кеплера они пропорциональны большим полуосям орбит, возведенным в степень 5 /₂. Это значит, что угловая скорость вращения Солнечной системы быстро падает с удалением от Солнца.

Предположим, что Галактика вращается и угловая скорость, с которой вращаются звезды, уменьшается с увеличением расстояния от центра Галак­тики, хотя и не обязательно по закону Кеплера. Рис 11 показывает, что в этом случае вращение Галактики должно определенным образом отразиться на лучевых скоростях окрестных звезд, лежащих в плоскости Галактики. На этом рисунке буквой £ обозначено Солнце, а цифрами— во­семь соседних звезд. Согласно нашему предположению звезды 7, 8, будучи ближе расположены к центру Га­лактики, должны двигаться быстрее, чем звезды 1_% 5 и Солнце, а последние в свою очередь быстрее звезд 2, 3, 4, Звезда 1 движется, с такой же скоростью, что и Солнце, поэтому эффект галактического вращения не должен ска­заться на ее лучевой скорости. Иное дело звезда 2. Она движется медленнее Солнца, Солнце ее нагоняет, рас­стояние между ними уменьшается, поэтому вследствие вращения Галактики звезда будет иметь лучевую ско­рость, направленную к нам, т. е. отрицательную луче­вую скорость. Звезду 3 Солнце тоже обгоняет, но их вза­имное положение таково, что при этом расстояние меж­ду ними не изменяется. Это значит, что на лучевой ско­рости звезды галактическое вращение не скажется. От звезды 4 Солнце уходит, расстояние между ними возрас­тает, значит, галактическое вращение придает звезде 4 лучевую скорость, направленную от нас, т. е. положи­тельную лучевую скорость. Продолжая рассуждения, мы придем к выводу, что на лучевые скорости звезд 5 и 7 галактическое вращение не повлияет, у звезды 6 оно вызовет отрицательную, а у звезды 8 положительную лу­чевые скорости. Все направления лучевых скоростей, вы­зываемых тем, что Галактика вращается не как твердое тело.

Наблюдения показывают, что именно такой ход луче­вых скоростей, как на рис. 11, в действительности на­блюдается у звезд. Величины лучевых скоростей и сте­пень их изменяемости в разных направлениях позволили узнать основные данные о вращении Галактики в окрест­ностях Солнца. Получается, что период вращения Галак­тики в районе Солнца равен приблизительно 275 млн. лет, а области, расположенные от центра Галактики дальше Солнца, совершают оборот медленнее: период вращения растет на 1 млн. лет при увеличении расстояния от цент­ра Галактики приблизительно на 30 не. Аналогичные результаты дает исследование собственных движений со­седних с Солнцем звезд. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными при помощи радиометодов.

Такая взаимопроверка различных методов чрезвычай­но важна. Она полностью подтверждает правильность разработанных методов и верность наших представле­ний. Ведь в трех методах используется совершенно раз­ный материал. Лучевые скорости звезд получены по сдвигам линий в их спектрах. Собственные движения получены по смещению их изображений на двух плас­тинках, снятых с промежутком времени в несколько де­сятков лет. Наконец, профили линий нейтрального водо­рода определены при помощи радиотелескопов, настроен­ных на длину волны 21 см.

Поскольку всеми тремя методами, получаются прак­тически одинаковые характеристики вращения Галакти­ки в районе Солнца, то это означает не только подтверж­дение реальности этого вращения, но также и доказа­тельство справедливости наших предположений о том, что сдвиг линий в спектрах звезд вызывается лучевой скоростью звезд, а видимое смещение звезд на небе — скоростью, перпендикулярной к лучу зрения, что слож­ный профиль линии нейтрального водорода вызван различным периодом вращения вокруг центра Галактики масс водорода, находящихся на пути зрения. Но лучевые скорости и собственные движения звезд позволяют по­лучить характеристики вращения Галактики только для окрестностей Солнца. Угловые скорости обращения дру­гих областей нашей звездной системы, более близких к центру, или более далеких, чем Солнце, по лучевым скорос­тям или собственным движениям определяются очень не уверенно. Это связано с тем, что свет далеких звезд, ле­жащих в плоскости Галактики, сильно поглощается тем­ной пылевой материей.

Сравним скорости всех изученных космических дви­жений, в которых участвует человек:

скорость вращения Земли вокруг оси — на экваторе около 0,5 км/с, на других широтах меньше 0,5 км/с;

скорость движения Земли вокруг совместного с Лу­ной центра инерции — около 0,013 км/с;

скорость движения Земли вокруг Солнца — около 30 км/с;

скорость движения Солнечной системы по отношению к окрестным звездам — около 20 км/с;

скорость движения Солнечной системы и окрестных звезд вокруг центра Галактики — около 220 км/с.

Как видно, скорость обращения около центра Галактики значительно превосходит скорости остальных кос­мических движений. Она, конечно, намного больше и скоростей всех остальных движений, какие может совер­шать человек. Поэтому можно сказать, что основное наше движение — это участие во вращении около центра Га­лактики со скоростью 220 км/с.

Источник