Галактика (Млечный Путь)
Гала́ктика, Млечный Путь (от греч. γαλακτικός – молочный, млечный), гигантская звёздная система, в которую входят Солнце и практически все звёзды, видимые на небе невооружённым глазом и в небольшие телескопы (за исключением редких сверхновых, вспыхивающих в соседних галактиках). Получила своё название – Млечный Путь – благодаря тому, что наблюдается невооружённым глазом в виде светлой клочковатой полосы на небе (рис. 1). Согласно данным, полученным с помощью космического телескопа «Хаббл», наша Галактика – одна из триллионов таких звёздных систем (галактик) во Вселенной.
Рис. 1. Млечный Путь над Аллеей баобабов. 2017. Мурундава (Мадагаскар).Галактика является сложной многокомпонентной системой, включающей в себя более 100 млрд звёзд. Большинство из них принадлежат дисковой подсистеме диаметром около 40–45 кпк и толщиной примерно 2 кпк. Солнце находится на расстоянии около 8,2–8,3 кпк (примерно 27 тыс. световых лет) от центра Галактики и обращается вокруг него с периодом около 210–230 млн лет. Дисковую подсистему Галактики окружает обширное сфероидальное гало, населённое старыми звёздами, шаровыми звёздными скоплениями и карликовыми галактиками – спутниками нашей Галактики, число которых достигает 50. Помимо звёзд, оно включает и газовую составляющую, которая представляет собой в основном горячий ионизованный газ низкой плотности, а также нейтральный газ. Радиус звёздного гало Галактики оценивается в 100 кпк. Однако основная масса гало находится в форме тёмной материи (пока неизвестной природы), которая проявляет себя только посредством гравитации. Вклад тёмной материи в полную массу Галактики почти линейно растёт с расстоянием от галактического центра; вблизи Солнца вклад тёмной материи в полную плотность вещества не превышает 10 %. Согласно оценкам, сделанным по данным GAIA на основе анализа движения шаровых скоплений и покинувших их звёзд, приблизительно половина массы нашей звёздной системы заключена в сфере, диаметр которой составляет около 100 кпк. Полная масса Галактики (с учётом массы её спутников и тёмной материи) на расстоянии порядка 200 кпк от галактического центра достигает 1012 масс Солнца. Самые далёкие звёзды (пульсирующие переменные типа RR Лиры), наблюдавшиеся в 2020-х гг. на периферии галактического гало, находятся на расстоянии около 300 кпк от центра Млечного Пути.
Строение, кинематику и динамику Галактики изучают звёздная астрономия и звёздная динамика.
История изучения Галактики
Уже первые телескопические наблюдения, проведённые Г. Галилеем, показали (1610), что Млечный Путь представляет собой множество тусклых звёзд. Первые систематические попытки изучить строение Млечного Пути методом звёздных подсчётов (подсчётов количества звёзд в избранных площадках неба) предприняли в 18–19 вв. В. Гершель и Дж. Гершель. Они обнаружили убывание пространственной плотности звёзд с увеличением расстояния от плоскости Млечного Пути и от Солнца, которое в построенной ими несовершенной сфероидальной модели Галактики оказалось близким к центру последней. В пересчёте на современные единицы расстояния они оценили размеры сфероида Млечного Пути в 2 × 0,5 кпк. Я. Каптейн, также опираясь на звёздные подсчёты, показал (1922), что Галактика имеет сплюснутую линзовидную форму с диаметром и толщиной 17 × 3 кпк, а Солнце поместил на расстоянии около 650 пк от её центра. Кажущееся почти центральное положение Солнца в этих моделях объясняется межзвёздным поглощением света, о котором было мало что известно до 1930-х гг.
Рис. 2. Карта нашей Галактики, составленная Вильямом Гершелем на основе подсчёта количества звёзд в избранных площадках неба. Репродукция иллюстрации из статьи: Herschel W. On the construction of the heavens // Philosophical Transactions of the Royal Society. 1785. Vol. 75. P. 266.Х. Шепли заметил (1919), что находящийся в созвездии Стрелец центр сфероидальной системы шаровых звёздных скоплений одновременно является и центром дисковой подсистемы Галактики. Изучив с помощью звёзд с известной в то время светимостью пространственное распределение около 70 шаровых звёздных скоплений, Шепли установил, что расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 15 кпк, а диаметр всего Млечного Пути равен примерно 90 кпк.
Таким образом, в начале 1920-х гг. сосуществовали два представления о месте Солнца в нашей звёздной системе. Во «вселенных» Гершелей и Каптейна Солнце располагалось вблизи её центра, а в Галактике Шепли – довольно далеко от него в качестве «рядовой» звезды.
Без ответа долго оставался важнейший вопрос: что находится за пределами Млечного Пути? Уже в 18–19 вв. высказывались предположения, что открытые У. Парсонсом, Ш. Мессье и В. Гершелем многочисленные тусклые «спиральные туманности» являются огромными звёздными системами, сравнимыми с нашей Галактикой. В начале 20 в. было надёжно установлено, что самая яркая туманность в каталоге Мессье – М31 (Туманность Андромеды) – также состоит из звёзд. Однако вплоть до 1925 г. многие астрономы всё ещё полагали, что звёздная система Млечного Пути и есть вся Вселенная. В 1920 г. состоялся «великий спор» о природе спиральных туманностей, в котором приняли участие Х. Шепли и Г. Кёртис. Шепли, основываясь на своей оценке огромных размеров Галактики, утверждал, что «туманности» находятся в пределах Млечного Пути, в то время как Кёртис считал их внегалактическими системами.
Окончательную точку в споре поставил в 1925 г. Э. Хаббл, который обнаружил в туманностях М31 и М33 популяции пульсирующих переменных звёзд – цефеид – и по зависимости «период – светимость» (выведенной в 1912 г. Г. Ливитт для таких звёзд) оценил расстояние до обеих туманностей примерно в 1 млн световых лет (современная оценка составляет около 2,5 млн световых лет). Стало очевидным, что М31 и М33, как и система Млечного Пути, а также другие бесчисленные «туманности», являются самостоятельными огромными звёздными системами – галактиками. Осознание того, что Вселенная населена многочисленными галактиками, стало одновременно и признанием нашей Галактики как одной из множества подобных гигантских звёздных систем. Возникла необходимость сравнить нашу звёздную систему с другими галактиками и, наоборот, опираться при их изучении на знания о звёздных населениях нашей Галактики.
Строение Галактики и её звёздные населения
В Галактике на основе наблюдений различных галактических объектов выделяют следующие основные структурные компоненты, типичные и для других дисковых галактик (рис. 3): сфероидальные балдж и гало, а также обширный диск. Эти характерные структурные компоненты хорошо видны на многочисленных изображениях дисковых галактик, наблюдаемых почти «с ребра» (рис. 4). Диск и балдж нашей Галактики можно непосредственно различить на изображениях Млечного Пути в инфракрасном диапазоне (рис. 5).
Рис. 3. Основные структурные компоненты дисковой галактики.В свою очередь, в звёздном диске выделяют два компонента: массивный тонкий диск толщиной 200–600 пк, вращающийся со скоростью 230–240 км/с, и более старый толстый диск толщиной 1600–1800 пк, вращающийся со скоростью 150–160 км/с. Тонкому диску принадлежат Солнце, молодые звёзды и тысячи рассеянных звёздных скоплений, в нём сконцентрированы также межзвёздные газ (состоящий в основном из водорода и гелия) и пыль. Как и в других дисковых галактиках, диаметр газового диска, составляющий не менее 60 кпк, существенно превышает диаметр звёздного диска, и на периферии Галактики слой газа заметно утолщается и искривляется. Межзвёздный газ в основном изучается с помощью радиотелескопов, наблюдающих излучение атомарного водорода на длине волны 21 см и молекулярного газа в миллиметровом и сантиметровом диапазонах электромагнитного спектра.
Рис. 4. Изображение галактики M104 (Сомбреро) с диском и большим балджем в оптическом диапазоне спектра. Фото: космический телескоп «Хаббл».В то время как объекты, населяющие галактический диск, концентрируются к плоскости симметрии Галактики, шаровые звёздные скопления и отдельные звёзды гало показывают сильную концентрацию к её центру. В 1990-е гг. благодаря инфракрасным наблюдениям с использованием космических телескопов выяснилось, что в диске нашей Галактики имеется длинный массивный бар, а галактический балдж имеет довольно сложное строение и включает не только старые звёзды с возрастом более 8–10 млрд лет и большим дефицитом тяжёлых химических элементов, но и более молодые звёзды с химическим составом, типичным для звёзд диска. Характерный радиус балджа – около 1 кпк, а полудлина бара с характерной толщиной около 200 пк – примерно 4 кпк. Масса каждого из этих компонентов оценивается в 10 млрд масс Солнца (М☉).
Помимо упомянутых барионных структур, состоящих из обычного вещества, в Галактике имеется обширное тёмное гало, состоящее из невидимого вещества неизвестной природы (тёмной материи) и вносящее подавляющий вклад в общую массу Галактики на больших расстояниях от её центра.
Рис. 5. Изображение нашей Галактики в инфракрасном диапазоне, построенное по наблюдениям на космическом телескопе WISE. Выделенная область – псевдобалдж (структура в форме буквы «X» в центральной части Галактики).Звёздные населения дисковых и сфероидальных подсистем Галактики различаются не только пространственным распределением и кинематикой, но также происхождением, возрастом и химическим составом, что отражает сложный многофазный иерархический процесс формирования Млечного Пути. В. Бааде в 1940-х гг., основываясь на наблюдениях звёзд в спиральной галактике М31 (Туманность Андромеды), поделил звёздное население нашей Галактики на два основных типа. К I типу он отнёс население диска Галактики, включающее, наряду с Солнцем, рассеянные звёздные скопления, горячие звёзды спектральных классов О, В и звёзды-сверхгиганты (в том числе цефеиды), огромное число звёзд-карликов моложе 8–10 млрд лет, а также межзвёздную газово-пылевую среду. Эти объекты населяют тонкий диск и сильно концентрируются к экваториальной плоскости Галактики. В диске Галактики водород, главный компонент межзвёздной среды, находится в виде ионизованного, нейтрального (атомарного) и молекулярного газа (в порядке уменьшения температуры). Атомарный водород прослеживается вплоть до расстояний около 30 кпк от центра диска; начиная с расстояния примерно 15 кпк от центра его слой заметно искривляется, отклоняется до 1 кпк от экваториальной плоскости и утолщается. Плоская система молодых объектов, имеющая толщину около 100–200 пк, простирается до расстояния около 20 кпк от центра.
К населению II типа относят шаровые звёздные скопления, яркие красные гиганты и многочисленные звёзды-субкарлики, а также маломассивные горячие звёзды и пульсирующие переменные звёзды типа RR Лиры. Все эти объекты населяют обширное сфероидальное гало и сильно концентрируются к центру Галактики, а самые далёкие из них находятся на расстояниях порядка 100 кпк от центра. Объекты населения II типа на несколько миллиардов лет старше объектов тонкого диска Галактики.
Известно, что в ходе эволюции звёзд с массами более 0,5 М☉ в их недрах синтезируются химические элементы тяжелее гелия, которые на последних стадиях жизни звезды (в основном при сбросе оболочек или при взрывах сверхновых разных типов) поступают в межзвёздную среду. Впоследствии из газа, обогащённого тяжёлыми элементами, формируются звёзды новых поколений, изначально имеющие более высокое содержание тяжёлых элементов. Этот процесс – проявление химической эволюции Галактики. Объекты тонкого диска и молодые объекты балджа имеют химический состав, близкий к солнечному, с массовой долей тяжёлых химических элементов в пределах 1–3 %. Звёзды толстого диска со средним возрастом около 10–11 млрд лет в 3–5 раз беднее тяжёлыми химическими элементами, а ещё более старые звёзды, находящиеся в гало Галактики, содержат существенно меньше (в 30–200 раз) тяжёлых химических элементов. Ведутся активные поиски звёзд экстремально низкой металличности, которые считаются представителями первичного звёздного населения (гипотетического III типа), сформировавшегося в протогалактике из не обогащённой тяжёлыми элементами межзвёздной среды.
Кинематика компонентов Галактики
В 1926 г. Б. Линдблад, проанализировав движение близких звёзд и других галактических объектов, пришёл к выводу, что диск Галактики вращается с угловой скоростью, зависящей от расстояния до галактического центра (такое вращение называют дифференциальным). При этом отдельные объекты – звёзды, звёздные скопления и газовые облака – движутся по незамкнутым орбитам, лежащим вблизи экваториальной плоскости Галактики и имеющим почти круговую форму. В отличие от упорядоченного движения звёзд диска – кругового вращения – объекты гало, в том числе шаровые звёздные скопления, движутся по сильно вытянутым индивидуальным орбитам, хаотически ориентированным относительно оси вращения диска и экваториальной плоскости Галактики. Это означает, что гало в целом практически не вращается. Типичные орбиты объектов гало заключены в т. н. орбитные торы сложной формы, во многих случаях симметричные относительно плоскости диска Галактики и его оси вращения.
В основе анализа кинематики диска Галактики лежат идеи и методы, предложенные Я. Оортом (1927) и немецким астрономом К. Боттлингером (1933), которые рассмотрели влияние дифференциального вращения Галактики раздельно на собственные движения и лучевые скорости звёзд. Результаты космической астрометрической миссии GAIA, в рамках которой с беспрецедентной точностью измерены тригонометрические параллаксы и собственные движения около 1,5 млрд звёзд, а также лучевые скорости десятков миллионов звёзд, позволяют в деталях изучать характер движения объектов Галактики по высокоточным пространственным скоростям звёзд, принадлежащих разным населениям.
Рис. 6. «Плоская» кривая вращения Галактики вплоть до расстояния 20 кпк, рассчитанная по наиболее надёжным данным о 800 цефеидах, полученным с помощью космического телескопа GAIA. По горизонтальной оси отложено расстояние от центра Галактики в кпк, по вертикальной оси – скорость вращения в км/с. Скорость вращения вблизи Солнца (R ≈ 8,2 кпк) – около 240 км/с. График из статьи: Analysis of galaxy kinematics based on Cepheids from the Gaia DR2 Catalogue. 2021. P. 4383.На рис. 6 показана кривая вращения диска Галактики, рассчитанная по 800 цефеидам (звёздам с надёжно установленной шкалой расстояний) с собственными движениями, измеренными в рамках проекта GAIA (рисунок из статьи Analysis of galaxy kinematics based on Cepheids from the Gaia DR2 Catalogue). Хорошо видно, что на большом интервале расстояний R от центра Галактики, от 5 до 20 кпк, линейная скорость вращения составляет примерно 240 км/с и практически не уменьшается с расстоянием от центра (такую кривую вращения называют «плоской»). Постоянство скорости означает, что эффективная масса (т. е. масса, сосредоточенная внутри сферы радиуса R, центр которой совпадает с центром Галактики, и удерживающая объекты на круговых орбитах) почти линейно растёт с расстоянием от центра Галактики и на расстоянии R = 20 кпк достигает 1011 M☉. На расстояниях от центра Галактики порядка 100 кпк и более скорости наблюдаемых объектов – отдельных звёзд, шаровых звёздных скоплений и многочисленных карликовых галактик-спутников Млечного Пути – достигают 150–200 км/с, и для их удержания в Галактике требуется, чтобы её полная масса составляла около 1012 M☉. Предполагается, что около 90 % полной массы Галактики вплоть до расстояний порядка 100–200 кпк от её центра заключено в форме тёмной материи, причём её вклад в массу Галактики растёт с расстоянием. Такая картина является вполне типичной для многих исследованных дисковых галактик. Вопрос о природе этой тёмной материи – одна из важнейших нерешённых проблем астрофизики.
Наиболее удобными объектами для изучения движения балджа и бара по звёздам, входящим в их состав, считаются т. н. гиганты красного сгущения – звёзды известной светимости, находящиеся на довольно длительной эволюционной стадии термоядерного горения гелия и потому образующие хорошо заметное уплотнение на ветви красных гигантов на диаграмме Герцшпрунга – Рассела. По наблюдениям таких звёзд можно сделать вывод о том, что эти структурные компоненты Галактики также быстро вращаются относительно оси диска в том же направлении, что и сам диск. Скорость вращения балджа на его периферии (т. е. на расстоянии 1 кпк от центра) составляет 100 км/с, а скорость вращения бара на расстоянии 4 кпк от центра Галактики достигает 200 км/с.
Спиральная структура Галактики
Нашу Галактику относят к типу спиральных галактик. Непосредственным наблюдениям спирального узора Галактики по пространственному распределению объектов мешает сильнейшее поглощение света межзвёздной пылью и положение Солнца в самой толще пылевого слоя. Эффекты наблюдательной селекции, искажающие наблюдения структур в диске Галактики, не позволяют восстановить полную картину её глобального спирального узора, который, вероятно, подобен наблюдаемому в большинстве гигантских дисковых галактик. По этой причине наши знания о спиральном узоре Галактики пока неполны, довольно противоречивы и являются предметом дискуссий.
Считается, что спиральный узор тесно связан с процессами звездообразования, индуцированного в межзвёздной среде спиральной волной плотности, и поэтому он формируется самыми молодыми объектами:
облаками молекулярного газа массой, достигающей 107 М☉;
облаками ионизованного (H II) и нейтрального (H I) водорода;
массивными горячими звёздами спектральных классов O и B;
молодыми рассеянными звёздными скоплениями.
Именно по распределению таких объектов обычно восстанавливают форму спирального узора Галактики.
Из-за межзвёздного поглощения света более или менее надёжно выделяются 4–5 фрагментов спиральных рукавов в пределах 5 кпк от Солнца. На рис. 7 показаны фрагменты спиральных рукавов Галактики в окрестностях Солнца, построенные на основе анализа пространственного распределения цефеид (рисунок из статьи Классические цефеиды и спиральная структура Галактики). Представленные на рис. 8 фрагменты спиральных рукавов Галактики в окрестностях Солнца построены на основе пространственного распределения гигантских молекулярных облаков, космических мазеров в областях звездообразования, облаков ионизованного водорода H II, горячих звёзд и молодых рассеянных звёздных скоплений (рисунок из статьи The Spiral Structure in the Solar Neighborhood). Есть некоторые основания считать, что спиральный узор Галактики относится к типу Grand Design (так называют спиральные рукава, тянущиеся на десятки килопарсеков от центра галактики).
Рис. 7. Фрагменты спиральных рукавов Галактики в окрестностях Солнца, построенные на основе анализа пространственного распределения цефеид. Иллюстрация из статьи: Классические цефеиды и спиральная структура Галактики. 2015. С. 539. Рис. 9.Остаётся открытым вопрос о том, связан ли спиральный узор Галактики с галактическим баром, т. к. подобная связь часто встречается среди других спиральных галактик, имеющих бар. По современным представлениям, спиральный узор является следствием и наблюдательным проявлением волны плотности, распространяющейся по упругому вращающемуся диску Галактики. Движение волны плотности вызывает периодические возмущения гравитационного поля диска Галактики, влияет на орбиты звёзд и приводит к их колебаниям относительно проходящей волны. В случае, если скорость волны в межзвёздной среде превышает скорость звука, в газе возникает ударная волна, стимулирующая его резкое сжатие и массовое формирование звёзд и звёздных скоплений. Причиной возникновения волн плотности может служить вращающийся массивный бар, т. е. отклонение формы галактики от осевой симметрии, или наличие у неё галактики-спутника. Вопрос о «генераторе» спирального узора Галактики до сих пор является предметом дискуссий.
Рис. 8. Фрагменты спиральных рукавов Галактики в окрестностях Солнца, построенные на основе пространственного распределения гигантских молекулярных облаков, космических мазеров в областях звездообразования, облаков ионизованного водорода H II, горячих звёзд и молодых рассеянных звёздных скоплений. Серым цветом указано положение бара Галактики. Галактика вращается по часовой стрелке, с т. н. «закручивающимся» спиральным узором. Иллюстрация из статьи: Hou. 2021. Fig. 3.По данным наблюдений молодых объектов в оптическом диапазоне и в радиолиниях молекул межзвёздного газа, достоверно обнаруживается концентрация ОВ-ассоциаций, рассеянных звёздных скоплений моложе нескольких десятков миллионов лет, цефеид и других объектов к двум близким локальным отрезкам спиральных рукавов (рукава Киля – Стрельца и рукава Персея) и двум более далёким – отрезкам Внутреннего (Щита – Кентавра) и Внешнего (Наугольника) рукавов. Считается, что эти данные указывают на существование четырёхрукавного глобального узора. Иногда говорят о концентрации ближайших молодых объектов к т. н. Местному рукаву (рукаву Лебедя – Ориона), возможно, являющемуся ответвлением (отрогом) одного из близких рукавов, что часто встречается и в других галактиках с глобальным спиральным узором типа Grand Design. Разумеется, к спиральным рукавам концентрируются и более старые звёзды, однако их степень концентрации из-за большой дисперсии скоростей намного меньше, чем у молодых объектов. Кроме того, характерный вид спиральным рукавам в других галактиках в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн придают яркие горячие голубые звёзды спектральных классов O и B. Глобальный спиральный узор в других галактиках также исключительно ярко выражен при наблюдениях в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра с длиной волны более 60–100 мкм, где ярко светит тёплая пыль, нагретая горячими звёздами в областях звездообразования.
Рис. 9. Спиральная галактика с баром NGC 7773, на которую, возможно, похожа наша Галактика. Фото: космический телескоп «Хаббл».Форма спиральных рукавов лучше всего описывается логарифмической спиралью с углом закрутки около 10–12° и радиальным расстоянием между соседними витками рукавов в солнечной окрестности около 2 кпк. Молодые объекты, включая звёздные скопления и ассоциации, OB-звёзды, облака молекулярного и ионизованного водорода, образуют крупные структуры с характерным размером около 1 кпк, во многих галактиках регулярно расположенные вдоль спиральных рукавов. Ю. Н. Ефремов назвал их «звёздно-газовыми комплексами» (Ефремов. 1988), представляющими собой крупнейшие ячейки текущего звездообразования в спиральных галактиках. Так, в Галактике цепочка гигантских облаков атомарного и молекулярного водорода в рукаве Киля – Стрельца тянется на десятки килопарсеков, с почти регулярными промежутками между газо-звёздными комплексами, что характерно для галактик, обладающих спиральным узором типа Grand Design (рис. 9).
Центральная область Галактики
Межзвёздное поглощение света в направлении на центр Галактики в оптическом диапазоне спектра очень велико, оно достигает 20–30 звёздных величин, т. е. свет ослабляется в 108–1012 раз. В ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 2,2 мкм) оно составляет всего 2–3 звёздных величины.
Рис. 10. Изображение центральной области нашей Галактики в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (на длинах волн между 3,6 и 8 мкм). Самый яркий участок посередине изображения – это центр Галактики, в котором находится сверхмассивная чёрная дыра. Фото: космический телескоп «Спитцер». Прогресс в изучении звёздного населения в области ядра Галактики достигнут благодаря космическим и наземным наблюдениям в инфракрасной области спектра с применением технологий активной и адаптивной оптики, улучшающих угловое разрешение (рис. 10); оптической интерферометрии; а также наблюдениям в радио-, рентгеновском и гамма-диапазонах. Это наиболее сложная для исследований и самая загадочная область Галактики. В радиусе нескольких парсеков от центра Галактики обнаружены миллионы звёзд – как старых красных гигантов, типичных для населения балджа Галактики, так и молодых горячих OB-звёзд, образующих массивное ядерное звёздное скопление. Считается, что перенос в центральную область Галактики газа, необходимого для процессов массивного звездообразования, может осуществляться галактическим баром с превалирующими в нём радиальными орбитами объектов.
Происхождение ядерного звёздного скопления пока не полностью понятно. Возможно, оно связано с наличием вблизи центра Галактики кольца, состоящего из молекулярного газа, или с аккреционным диском вокруг сверхмассивной чёрной дыры, располагающейся вблизи галактического центра. В этой области в 1930-х гг. был обнаружен радиоисточник Стрелец A Западный (Sgr A West), являющийся одновременно компактным источником нетеплового радио- и инфракрасного излучения. 
Рис. 11. Первое изображение окрестностей сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А* (Sgr A*) в центре нашей Галактики, полученное по радионаблюдениям с использованием радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Представлено коллаборацией Event Horizon Telescope в 2022.Существование сверхмассивной чёрной дыры было доказано многолетними наблюдениями за движением десятков звёзд в центре Галактики. Некоторые из них за более чем 25-летний период их мониторинга успели совершить более одного полного оборота по сильно вытянутым эллиптическим орбитам вокруг центрального объекта (самый короткий период составляет около 16 лет). По размерам и форме орбит, а также по скоростям движения звёзд, достигающим 5000 км/с, была оценена масса центрального объекта, составившая примерно 4,3 млн масс Солнца. Одновременно впервые путём сравнения линейного и углового размеров орбиты звезды было оценено расстояние от Солнца до центра Галактики, равное 8,2–8,3 кпк. Предельно малый диаметр радиоизлучающей области центрального объекта (менее 44 млн км), определённый с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, и малое перицентрическое расстояние центральных звёзд позволяют с уверенностью сделать вывод, что это сверхмассивная чёрная дыра (рис. 11).
Рис. 12. Изображение пузырей Ферми в гамма-диапазоне электромагнитного спектра (в интервале энергий 1–10 ГэВ), полученное в результате обработки данных наблюдений космического телескопа «Ферми».С помощью наблюдений в рентгеновском и гамма-диапазонах спектра обнаружены остатки вспышек сверхновых, а также гигантская биполярная структура, похожая на два «пузыря», простирающихся в обе стороны от галактической плоскости вплоть до высоты 8 кпк (пузыри Ферми, рис. 12). Её происхождение объясняют былой активностью сверхмассивной чёрной дыры, связанной с образованием джета в её аккреционном диске; подобные явления наблюдаются в активных ядрах галактик и квазарах. Считается, что процессами распада тесных двойных звёзд в окрестности сверхмассивной чёрной дыры объясняется наличие в Галактике заметной популяции т. н. высокоскоростных звёзд, обладающих пространственными скоростями, превышающими 2-ю космическую скорость для Млечного Пути; все они со временем покинут Галактику.
Место Галактики во Вселенной
Галактики во Вселенной распределены неоднородно: они образуют группы, скопления и сверхскопления, которые на более крупных масштабах формируют ячеистую структуру (крупномасштабную структуру Вселенной), хорошо описывающуюся Стандартной космологической моделью. Млечный Путь и Туманность Андромеды (M31) являются основообразующими элементами Местной группы галактик, размер которой составляет около 2 Мпк. Каждая из этих гигантских спиральных галактик окружена группой небольших галактик-спутников (рис. 13). Самыми крупными спутниками нашей Галактики являются Большое и Малое Магеллановы Облака. Местная группа галактик (рис. 14) находится на периферии Местного сверхскопления галактик размером несколько десятков мегапарсеков (рис. 15), центром которого является крупное скопление галактик в созвездии Дева.
Рис. 13. Карта Местной группы галактик, включающей более 120 членов. Оранжевым цветом обозначены галактики, являющиеся спутниками нашей Галактики (Млечный Путь), синим – спутники галактики M31 (Туманность Андромеды). Перевод и адаптация: БРЭ.Поскольку во Вселенной существует большое количество плотных и очень массивных скоплений и сверхскоплений галактик, гравитация заставляет галактики двигаться по направлению к наиболее массивным узлам «космической паутины» – областям повышенной плотности. Эти крупномасштабные потоки вещества можно отследить с помощью анализа пекулярных скоростей галактик относительно системы отсчёта, связанной с расширяющейся Вселенной. В 1980-х гг. было открыто, что наша Галактика движется относительно реликтового излучения по направлению к Великому аттрактору, расположенному в созвездии Кентавр, со скоростью около 630 км/с, которая была оценена по анизотропии реликтового излучения. Анализируя крупномасштабные потоки вещества, международная группа астрономов под руководством Р. Б. Талли в 2014 г. обнаружила, что Местное сверхскопление галактик является частью ещё более крупного сверхскопления галактик диаметром около 160 Мпк и массой около 1017 M☉, получившего название Ланиакея (в переводе с гавайского – необъятные небеса). Помимо Местного сверхскопления галактик, оно включает в себя сверхскопления Гидры – Кентавра, Павлина – Индейца и Южное сверхскопление. Сверхскопления в свою очередь образуют наиболее крупные структуры во Вселенной, такие как «стены», филаменты и комплексы сверхскоплений, между которыми находятся области пониженной плотности вещества – войды (рис. 16).