Млечния път се рее в космоса като гигантска спирала

В продължение на хиляди години хората са се взирали в „млечната лента“, която се простира през целия небосклон. В съвременната епоха Галилео Галилей открива, че този Млечен път се състои от безброй звезди. Едва през 20-и век обаче, астрономите успяват да дешифрират неговата форма и истинската му природа.

„Третото ми наблюдение се отнася до природата на Млечния път (…) Независимо към коя част от него се прицелваме с телескопа, откриваме голям брой звезди, някои от които са доста големи и много поразителни; все пак броят на малките звезди е абсолютно необозрим „. Тези думи са написани през 1610 г. от човека, който със свой собствен телескоп изучава неизвестни земи, които не са от този свят. Именно тази работа на Галилео Галилей му печели място в историята.

Земята, която описва, буквално е извън нашия свят, а документът носи заглавието Sidereus Nuncius („Звезден пратеник“). В него италианският математик и астроном представя своите наблюдения върху сателитите на Юпитер, Луната на Земята и Млечния път. Дотогава тяхната природа е била загадка и най-вече предмет на митологията. Гръцкият естествен философ Демокрит вече е твърдял през 5-ти век пр.н.е., че дифузната блестяща ивица на небето, позната от африканските племена Кунг като „гръбнака на нощта“, се състои от безброй слаби звезди.

След откритието, направено от Галилей обаче, ще изминат почти 150 години, преди тази небесна структура отново да стане предмет на научно изследване. Томас Райт вярва, че звездите са разположени в плоскост, подобна на каменна плоча, простираща се над цялото небе. За него Млечния път не е нищо друго освен проекцията на този камък. Германският философ Емануел Кант се възползва от тази теория и е много близо до откриването на истината.

В своята обща естествена история и теория на небесата, публикувана през 1755 г., той обяснява Млечния път като удължен и много разреден слой от звезди. Слънцето, Земята и всички останали планети са част от този слой – но не и от неговия център. В зависимост от визуалната линия, по равнината на слоя или вертикално от него, ще видим различен брой звезди.

Но как са могли астрономите да разберат дали видимата гледна точка на Млечния път в небето отразява действителната му пространствена структура? Звездната статистика, изработена в края на ХVІІІ в. от Фридрих Вилхелм Хершел, обещава решение: Хершел записва координатите и яркостта на всички звезди, които вижда през своя телескоп.

Начинанието обаче не успява, не само поради липсата на надеждност на тези измервания. Например, въпреки че е било възможно да се определи явната яркост на звездите, не е било възможно да се определи тяхната абсолютна осветеност и следователно разстоянието до тях.

Появява се и друг, базисен проблем. Млечния път е изпълнен с междузвездна материя, облаци от газ и прах, които абсорбират светлината от звездите. Това затъмнява гледната точка на централния регион и прави невъзможно да се види общата структура. Поради тази причина звездната статистика никога не може да обхване системата като цяло, а само района около Слънцето до радиус от около 10 000 светлинни години.

Пробивът идва след средата на 20-ти век, когато астрономите се научават да гледат небето с различни очи, използвайки радиотелескопи.

Водородът е най-често срещаният елемент във Вселената. Като част от междузвездната материя, неутрален водород (H1) запълва пространството между звездите и по този начин изпълва и Млечния път. Това означава, че разпределението на облаците от водороден газ проследява формата на цялата система, подобно на начина, по който костите оформят човешкото тяло.

Но как могат да се видят тези космически „кости“? Отговорът е даден от микровселената: в основното състояние на водорода посоката на въртене на атомното ядро и електрона, който се движи около него, са противоположни. Ако се сблъскат два водородни атома, посоката на въртене на ядрото и електрона може да се обърне и да стане успоредна една на друга, но след известно време те отново се връщат в основното си противоположно състояние.

Този процес освобождава енергия, която се излъчва като електромагнитна вълна. Тази линия се намира в радио обхвата на електромагнитния спектър. Въпреки изключително ниската плътност на междузвездната материя, атомите непрекъснато се сблъскват, причинявайки зоните Н1 да светят в светлината на тази водородна линия.

Тази радиация прониква в праховите завеси почти безпрепятствено и може да бъде прихваната от радиотелескопите. Благодарение на този нов прозорец във вселената астрономите успяха да открият спиралната структура на Млечния път. Но през 70-те години на ХХ век учените открили, че само водородът не е достатъчен като показател за морфологията на галактиката, тъй като например тя е по-малко концентрирана в спиралните структури, наречени „ръце“, (arms), отколкото се очакваше. Търсенето започна отново.

Най-важният индикатор се оказва облак от междузвездни молекули; те излъчват лъчение в светлината на въглеродния оксид (СО). Сега постепенно става възможно да се прецизира портретът на Млечния път. Съответно, галактиката (от гръцката дума гала: мляко) е огънато колело с диаметър 100 000 светлинни години и с дебелина само 5 000 светлинни години. Цилиндърът с черна дупка е заобиколен от сферична издутина от звезди с вградена форма на пура.

Около 15 000 светлинни години от центъра се простира пръстен, който се състои също от облаци от прах и газ, както и от звезди. Галактиката се характеризира с няколко лъча или „ръце“. Повечето от тях носят имената на съзвездия, в които ги наблюдаваме: „Стрелец“ и „Персей“, „Норма“ и „Скутум-Крукс“, „3-Kiloparsec Arms “ и „Cygnus Arm“.

Нашата слънчева система се намира в Ръката Орион (Orion Arm), 26 000 светлинни години от центъра и почти на главната равнина. Системата, която съдържа около 200 милиарда слънца, е заобиколена от сферичен ореол, съдържащ хиляди глобуларни звездни клъстери и сферичен район, състоящ се от много тънка водородна плазма. Цялата галактика се върти, като обектите по-близо до центъра се въртят по-бързо, а тези, които се намират по-далеч от центъра, се въртят по-бавно. Кривата на това диференцирано въртене показва неравномерности, които не могат да бъдат обяснени само с видима маса.

Тук е вероятно невидимата тъмна материя да играе роля. Астрономите са изправени пред друг проблем: въпреки въртенето, спиралните лъчове не се развиват, а са запазили формата си в продължение на милиарди години. Едно от обясненията за това са ударни вълни, които се разпространяват в цялата система и уплътняват материята в спиралните лъчове като задръстване на магистралата. Изследователите все още са озадачени от въпроса какво причинява тези вълни на плътност.

Публикувано от изданието Scitechdaily.com.