Миллиарды лет назад Млечный Путь был бы неузнаваем. Вот как он принял свой современный вид.
Галактика Млечный Путь может быть всего лишь одной из триллионов в наблюдаемой Вселенной, но она уникальна как наш космический дом. Состоя из нескольких сотен миллиардов звезд, темной материи примерно на триллион солнечных масс, сверхмассивной черной дыры в центре и изобилия газа и пыли, мы на самом деле в чем-то типичны для современных галактик. Мы не входим ни в число самых больших, ни в самые маленькие галактики, мы не входим в сверхмассивное скопление и не находимся в изоляции.
Что делает нас особенными, так это то, насколько мы развиты. Некоторые галактики быстро растут, истощая свое топливо и становясь «красными и мертвыми», когда теряют способность образовывать новые звезды. Некоторые галактики подвергаются крупным слияниям, превращаясь при этом из спиралевидных в эллиптические. А другие испытывают огромные приливные нарушения, приводящие к широким, растянутым спиральным рукавам. Но не Млечный Путь. Мы выросли именно так, как вы ожидаете. Вот как мы туда попали.
В настоящее время галактики, подобные Млечному Пути, невероятно распространены. Вот некоторые свойства, которые они обычно отображают:
- сотни миллиардов звезд,
- сосредоточены в форме блина,
- в окружении шаровых скоплений в форме гало,
- содержащие спиральные рукава, простирающиеся радиально наружу на десятки тысяч световых лет,
- с центральным стержневым элементом, исходящим из выпуклой области,
- огромное количество газа и пыли, сконцентрированное в галактической плоскости,
- и молодые области звездообразования, обнаруженные там, где газ и пыль наиболее плотны.
Такой бегемот оказывает огромное гравитационное притяжение, действующее на все вокруг. Вы можете узнать такую галактику издалека, поскольку звездный свет, исходящий из нее, является ее характерной особенностью. Но так не могло быть вечно. То, что мы знаем как нашу Вселенную, началось с Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад, и галактики не могли быть такими всегда. На самом деле, если мы оглянемся достаточно далеко назад, то увидим, что различия начинают проявляться.
По сравнению с Млечным Путем и другими галактиками, подобными Млечному Пути, которые мы видим сегодня, галактики были:
- моложе, о чем свидетельствует увеличение молодых звезд,
- голубее, поскольку самые голубые звезды умирают быстрее всех,
- меньше, потому что галактики сливаются вместе и со временем притягивают больше материи,
- и менее спиралевидные, потому что мы видим только самые яркие части самых активных, далеких галактик, в которых происходит звездообразование.
Наша галактика сегодня, другими словами, является результатом 13,8 миллиардов лет космической эволюции, когда большое количество маленьких протогалактик слились вместе и привлекли в себя дополнительную материю. Мы - то, что осталось после того, как бесчисленное множество других галактик было поглощено нашей собственной.
История о том, как мы построили наш Млечный Путь, похожа на сборку гигантской конструкции из LEGO. Только LEGO не остается неизменным с течением времени, а активно меняет форму по мере того, как мы собираем нашу конструкцию. Это все равно, что начать со всех частей, чтобы собрать 100 различных истребителей X-Wing LEGO, и закончить со звездным разрушителем, когда мы закончим.
Галактики, как видите, не просто растут, притягивая другие галактики и сливаясь вместе, чтобы сформировать более крупные. Галактики также эволюционируют, то есть они:
- повернуть,
- форма звезды,
- воронка материи по направлению к центру,
- генерируют волны плотности вдоль своих спиральных рукавов,
- притягивать дополнительную материю извне по космическим нитям,
- и изменять форму и ориентацию в зависимости от других галактик и материи, попадающей в них.
Хотя самые ранние протогалактики, которые в конечном итоге превратились в Млечный Путь, могли образоваться всего через 200-250 миллионов лет после Большого взрыва, космическая эволюция продолжалась все это время.
На первом этапе происходило формирование самых ранних звезд и звездных скоплений, которое занимает около 100 миллионов лет и формировалось из первозданного материала (водорода и гелия), оставшегося после Большого взрыва. Эти звездные скопления быстро эволюционировали, что привело к очень быстрому концу жизни их звезд. Когда эти звезды умирали, они загрязняли межзвездную среду тяжелыми элементами, которые затем давали начало второму поколению звезд. По прошествии 200-300 миллионов лет звездные скопления слились друг с другом, дав начало самым первым галактикам.
Космическая паутина начинает обретать форму. По мере того, как проходит больше времени, гравитация может достигать все больших и больших расстояний, вызывая падение более крупных сгустков материи. Когда на нее падает сгусток меньшего размера, чем ранняя галактика, он разрывается приливом и плавно направляется внутрь галактики. медленно, где он может просто поглощаться с течением времени.
Эти незначительные слияния являются обычным явлением, и в эту категорию попадает все, что составляет примерно треть массы всей галактики. Любые внутренние структуры, такие как спиральные рукава, области звездообразования, стержень или выпуклость, должны остаться нетронутыми. Между тем дополнительный газ и пыль обеспечивают новое топливо для новых поколений звезд. Звездообразование обычно усиливается во время слияний, даже незначительных. Первые 2 или 3 миллиарда лет этот процесс был обычным явлением.
Но с течением времени и расширением Вселенной слияния в среднем становятся менее распространенными, но более крупными. Галактики слипаются и группируются в группы самых разных размеров, но иногда могут образовывать большие скопления галактик, масса которых в сотни или даже тысячи раз превышает массу нашей собственной Местной группы. Эти плотные скопления галактик являются одними из самых захватывающих зрелищ во Вселенной, но они также относительно редки: большая часть массы и большинство галактик находятся в небольших группах, таких как наша, а не в массивных скоплениях, которые мы видим так. распространены в нашей Вселенной. К тому времени, когда прошло 4 или 5 миллиардов лет, стало ясно, что мы никогда не станем частью массивного скопления.
Однако важно, чтобы эти слияния были небольшими. Если мы столкнемся с большим, когда столкнутся две галактики одинакового размера, они могут вызвать огромный всплеск звездообразования, который может израсходовать весь доступный звездообразующий газ и «перемешать» материю в галактике.
Это обычно приводит к созданию гигантской эллиптической галактики: такой, которая формирует звезды сразу в огромном количестве, а затем никогда больше. Это конечная стадия эволюции большинства галактик, но она основана на столкновении множества крупных галактик. Это понимание помогает объяснить, почему гигантские эллиптические формы обычны внутри массивных скоплений галактик, но гораздо реже в группах или изолированно.
Для крупного слияния требуется много массы, накопленной со временем. Пока галактика достаточно массивна (размером с Млечный Путь или сопоставима), есть доступный материал для образования новых звезд (газ). До тех пор, пока у галактик есть угловой момент и предпочтительная ось вращения (что они и делают в отсутствие крупного слияния), и пока у них есть достаточно времени, чтобы принять стабильную форму (что они все имеют, если только не произошло недавнее крупное слияние), мы ожидаем, что они будут иметь спиралевидную форму.
Наш Млечный Путь, вероятно, вырос из серии протогалактик, которые приобрели спиральную форму, а затем постепенно поглотили множество меньших галактик, присутствующих в Местной группе. Мы даже не собрали большинство из них; эта честь принадлежит нашему соседу, Андромеде. Мы еще не закончили: сегодня с нами сливаются галактики-спутники, а также несколько галактик на окраинах, таких как два Магеллановых Облака, которые, вероятно, будут поглощены в ближайшие несколько сотен миллионов лет или около того.
Космическая история, породившая Млечный Путь, - это история выживания самых больших. Когда дело доходит до господства над галактикой, масса является решающим фактором.
Со временем эта плоская дискообразная форма начала сворачиваться. Наши спиральные рукава стали более выраженными и развили в них больше витков. От рукавов оторвались шпоры, и гравитационные взаимодействия привели к тому, что мы сформировали звезды вдоль хвостов нашей галактики. Дополнительный газ хлынул на окраины и, в конце концов, попал в центр.
По мере того, как галактики продолжают развиваться, они также приобретают черты, которые мы можем распознать. Центральная выпуклость образуется в самой плотной области материи. Есть пути, которые более успешно направляют материю в ядро: развивается и растет центральный стержень. Динамика газа и звезд приводит к тому, что галактика становится еще более тонким диском и расширяется к краям, увеличивая радиус, но уменьшая толщину.
И, наконец, поскольку гравитация делает неизбежное, все галактики, связанные вместе, в конечном итоге сольются. Сам Млечный Путь обречен примерно через 4 миллиарда лет на слияние с Андромедой.
Космическая история, которая привела к Млечному Пути, - это история постоянной эволюции. Вероятно, мы образовались из сотен или даже тысяч более мелких галактик ранней стадии, которые слились воедино. Спиральные рукава, вероятно, формировались и разрушались много раз в результате взаимодействий только для того, чтобы вновь сформироваться из вращающейся, богатой газом природы эволюционирующей галактики. Звездообразование происходило внутри волнами, часто вызываемыми незначительными слияниями или гравитационными взаимодействиями. И эти волны звездообразования привели к увеличению количества сверхновых и обогащению тяжелыми металлами. (Похоже, это любимое занятие каждого после школы.)
Эти непрерывные изменения все еще происходят и завершатся через миллиарды лет, когда все галактики Местной группы сольются воедино. Каждая галактика имеет свою уникальную космическую историю, и Млечный Путь - лишь один типичный пример. Какими бы мы ни были взрослыми, мы все еще развиваемся.
Дополнительная информация о том, какой была Вселенная, когда:
- Каково было, когда Вселенная раздувалась?
- Как это было, когда начался Большой Взрыв?
- Каково было, когда Вселенная была самой горячей?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала больше материи, чем антиматерии?
- Как это было, когда бозон Хиггса придал Вселенной массу?
- Как это было, когда мы впервые создали протоны и нейтроны?
- Как это было, когда мы потеряли последнюю часть нашей антиматерии?
- Как это было, когда Вселенная создала свои первые элементы?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала атомы?
- Каково было, когда во Вселенной не было звезд?
- Как это было, когда первые звезды начали освещать Вселенную?
- Как это было, когда погибли первые звезды?
- Как это было, когда во Вселенной образовалось второе поколение звезд?
- Как это было, когда Вселенная создала самые первые галактики?
- Как это было, когда звездный свет впервые прорвался сквозь нейтральные атомы Вселенной?
- Как это было, когда образовались первые сверхмассивные черные дыры?
- Что было, когда жизнь во Вселенной впервые стала возможной?
- Как это было, когда галактики образовывали наибольшее количество звезд?
- Как это было, когда формировались первые обитаемые планеты?
- Как это было, когда космическая паутина сформировалась?