Сколько звезд в Млечном Пути?

Камбл Панорама Млечного Пути

Фотограф ночного неба Амит Ашок Камбл запечатлел эту удивительную панораму Млечного Пути над пляжем Пакири в Новой Зеландии, соединив 10 изображений в единую мозаику. Изображение отправлено 5 мая 2014 г. (Изображение предоставлено: Амит Ашок Камбл)



Млечный Путь - это галактика, в которой находится Земля. Часть его видна ясной ночью с Земли, как толстая полоса звезд, тянущаяся по небу. Мы можем увидеть тысячи этих звезд невооруженным глазом и еще больше в телескоп. Но сколько звезд в Млечном Пути?



«Это удивительно сложный вопрос. Как правило, в галактике нельзя просто сидеть и считать звезды, - сказал Дэвид Корнрайх, доцент Итака-колледжа в Нью-Йорке. Он был основателем службы «Спроси астронома» в Корнельском университете.

Даже в галактике Андромеды, которая яркая, большая и находится относительно близко от Земли, на расстоянии 2,3 миллиона световых лет от нас, только самые большие звезды и несколько переменных звезд (особенно переменные цефеиды) достаточно ярки, чтобы светить в телескопы с такого расстояния. Нам будет трудно увидеть звезду размером с Солнце. Так оценивают астрономы, используя некоторые из приведенных ниже методов.

Структура Млечного Пути



Из наблюдений астрономы знают, что Млечный Путь - спиральная галактика с перемычкой это около 100 000 световых лет в поперечнике. Вид за пределы галактики показал бы центральную выпуклость, окруженную четырьмя рукавами, двумя большими и двумя второстепенными. Основные руки Млечного Пути известны как Персей и Стрелец. Солнце расположено в одном из двух второстепенных отрогов, который называется Рукав Ориона.

Галактика также окружена огромным гало из горячего газа, диаметр которого составляет несколько сотен тысяч световых лет. По оценкам астрономов, гало столь же массивно, как и все звезды Млечного Пути. Однако многие звезды Млечного Пути трудно увидеть. Это потому, что в центре галактики есть галактическая выпуклость, заполненная звездами, газом и пылью, а также сверхмассивная черная дыра. Эта область настолько покрыта материалом, что даже мощные телескопы не могут видеть сквозь него. Астрономы не уверены, когда и как образовалась выпуклость; некоторые предполагают, что ранняя история Млечного Пути изменилась, когда одна галактика столкнулась с другой.

Раньше астрономы думали, что все звезды во Вселенной расположены внутри Млечного Пути, но это изменилось в 1920-х годах. Астроном Эдвин Хаббл использовал звезду, называемую переменной цефеиды, для измерения расстояний в небе. Оттуда астрономы узнали, что во Вселенной есть целые галактики, отделенные от Млечного Пути.

Массовое расследование



Основной способ, которым астрономы оценивают звезды в галактике, - это определение массы галактики. Масса оценивается по тому, как галактика вращается, а также по ее спектру с помощью спектроскопии.

Все галактики удаляются друг от друга, и их свет смещается к красному концу спектра, потому что это увеличивает длины световых волн. Это называется ' красное смещение . ' Однако во вращающейся галактике будет часть с более «голубым смещением», потому что эта часть немного движется к Земле. Астрономы также должны знать наклон или ориентацию галактики, прежде чем делать оценку, что иногда является просто «обоснованным предположением», - сказал Корнрайх.

Метод, называемый «спектроскопия с длинной щелью», лучше всего подходит для выполнения этого типа работ. Здесь удлиненный объект, такой как галактика, рассматривается через удлиненную щель, а свет преломляется с помощью такого устройства, как призма. Это разбивает цвета звезд на цвета радуги.



Некоторые из этих цветов будут отсутствовать, отображая те же «образцы» отсутствующих частей, что и определенные элементы периодической таблицы. Это позволяет астрономам выяснить, какие элементы находятся в звездах. Каждый тип звезд имеет уникальный химический отпечаток, который можно увидеть в телескопы. (Это основа последовательности OBAFGKM, которую астрономы используют для различения типов звезд.)

Любой телескоп может выполнять такую ​​спектроскопическую работу. Корнрайх часто использует 200-дюймовый телескоп Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, но добавил, что подойдет почти любой телескоп достаточного размера.

Идеальным было бы использовать телескоп на орбите, потому что в атмосфере Земли происходит рассеяние из-за светового загрязнения, а также из-за природных явлений - даже таких простых вещей, как закат. В Космический телескоп Хаббла - одна обсерватория, известная своей работой, - добавил Корнрайх. Ожидается, что в 2020 году будет запущена следующая обсерватория под названием 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 звезды?

Между разными галактиками одинаковой массы могут быть различия в типах звезд и общей массе. Корнрайх предупредил, что об этом будет очень трудно говорить в целом, но сказал, что одно различие может заключаться в рассмотрении эллиптических галактик и спиральных галактик, таких как наша собственная, Млечный Путь . В эллиптических галактиках, как правило, больше красных карликов K- и M-типов, чем в спиральные галактики . Поскольку эллиптические галактики старше, в них будет меньше газа, поскольку он был унесен ветрами во время их эволюции.

После определения массы галактики возникает еще одна сложная задача - выяснить, какая часть этой массы состоит из звезд. Большая часть массы будет состоять из темной материи, типа материи, которая не излучает света, но которая, как считается, составляет большую часть массы Вселенной.

«Вы должны смоделировать галактику и посмотреть, сможете ли вы понять, каков процент этой массы звезд», - сказал Корнрайх. «В типичной галактике, если вы измеряете ее массу, глядя на кривую вращения, около 90 процентов этой галактики составляет темная материя».

По оценке Корнрайха, поскольку большая часть оставшегося «вещества» в галактике состоит из рассеянного газа и пыли, около 3 процентов массы галактики будут составлять звезды, но это может варьироваться. Кроме того, размер самих звезд может сильно варьироваться от размера нашего Солнца до нескольких десятков раз меньше или больше. Количество звезд примерно…

Так есть ли способ точно определить, сколько звезд? В конце концов, все сводится к оценке. Согласно одному расчету, Млечный Путь имеет массу около 100 миллиардов солнечных масс, поэтому проще всего перевести это в 100 миллиардов звезд. Это учитывает звезды, которые будут больше или меньше нашего Солнца, и усредняет их. Однако массу сложно вычислить - по другим оценкам, масса галактики составляет от 400 до 700 миллиардов солнечных масс.

Миссия Европейского космического агентства Gaia составляет карту расположения примерно 1 миллиарда звезд в Млечном Пути. ЕКА сообщает, что Гайя нанесет на карту 1 процент звездного содержания в Млечном Пути , что оценивает общее количество звезд в нашей галактике в 100 миллиардов. Цель Gaia - создать лучшую трехмерную карту Млечного Пути.

Предостережение, по словам Корнрайха, заключается в том, что эти числа являются приблизительными. Более продвинутые модели могут сделать приближение более точным, но будет очень сложно сосчитать звезды одну за другой и точно сказать, сколько их в галактике.