องค์ประกอบ โครงสร้าง และขนาดของดาราจักรของเรา

2024 ผู้เขียน: Miguel Ramacey | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 06:29

ทางช้างเผือกเป็นดาราจักรก้นหอยลายทาง ดาราจักรของเรามีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 100,000 ถึง 180,000 ปีแสง นักวิทยาศาสตร์ประมาณการว่ามีดาว 100-400 พันล้านดวง น่าจะมีดาวเคราะห์อย่างน้อย 1 แสนล้านดวงในทางช้างเผือก ระบบสุริยะอยู่ภายในดิสก์ ซึ่งอยู่ห่างจากใจกลางกาแลคซี 26,490 ปีแสง ที่ขอบด้านในของ Orion Arm ซึ่งเป็นหนึ่งในความเข้มข้นของก๊าซและฝุ่นแบบก้นหอย ดาวในระยะ 10,000 ปีแสงชั้นในสุดจะมีลักษณะเป็นกระพุ้งและเกิดเป็นแท่งตั้งแต่หนึ่งแท่งขึ้นไป ศูนย์กาแลคซี่เป็นแหล่งวิทยุที่มีความเข้มข้นสูงที่รู้จักกันในชื่อราศีธนู A ซึ่งน่าจะเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลสุริยะ 4.100 ล้านดวง

ความเร็วและรังสี

ดาวและก๊าซในระยะทางกว้างๆ จากวงโคจรของใจกลางกาแลคซี่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 220 กิโลเมตรต่อวินาที ความเร็วรอบคงที่นั้นขัดกับกฎของพลวัตเคปเลอเรียนและแนะนำว่าส่วนใหญ่มวลของทางช้างเผือกไม่ปล่อยหรือดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า มวลนี้เรียกว่า "สสารมืด" ระยะเวลาการหมุนรอบประมาณ 240 ล้านปีที่ตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ทางช้างเผือกกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 600 กม. ต่อวินาที เทียบกับกรอบอ้างอิงนอกกาแล็กซี ดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดในทางช้างเผือกนั้นเก่าแก่เกือบเท่ากับเอกภพและน่าจะก่อตัวขึ้นไม่นานหลังจากยุคมืดของบิกแบง

ลักษณะที่ปรากฏ

จุดศูนย์กลางของทางช้างเผือกมองเห็นได้จากพื้นโลกเป็นแถบแสงสีขาวพร่ามัว กว้างประมาณ 30° โค้งโดยท้องฟ้ายามค่ำคืน ดาวทุกดวงในท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก แสงมาจากการสะสมของดาวที่ยังไม่ละลายและวัสดุอื่นๆ ที่อยู่ในแนวระนาบดาราจักร บริเวณที่มืดภายในกลุ่ม เช่น Great Rift และ Koalsak เป็นพื้นที่ที่ฝุ่นในอวกาศกั้นแสงจากดาวที่อยู่ห่างไกล พื้นที่ของท้องฟ้าที่ทางช้างเผือกซ่อนอยู่เรียกว่าโซนหลีกเลี่ยง

ความสว่าง

ทางช้างเผือกมีความสว่างพื้นผิวค่อนข้างต่ำ ทัศนวิสัยอาจลดลงอย่างมากตามพื้นหลัง เช่น แสงหรือแสงจันทร์ เพื่อให้มองเห็นทางช้างเผือก ท้องฟ้าต้องมืดกว่าปกติ ควรมองเห็นได้หากขีดจำกัดขนาดอยู่ที่ประมาณ +5.1 หรือสูงกว่า และแสดงรายละเอียดเพิ่มเติมที่ +6.1 ซึ่งทำให้ทางช้างเผือกมองเห็นได้ยากจากเขตเมืองหรือชานเมืองที่มีแสงสว่างจ้า แต่มองเห็นได้ชัดเจนจากพื้นที่ชนบทเมื่อดวงจันทร์อยู่ใต้ขอบฟ้า "New World Atlas of Artificial Night Sky Brightness" เปิดเผยว่ามากกว่าหนึ่งในสามของประชากรโลกไม่สามารถมองเห็นทางช้างเผือกจากบ้านของพวกเขาเนื่องจากมลพิษทางอากาศ

ขนาดของกาแล็กซีทางช้างเผือก

ทางช้างเผือกเป็นดาราจักรที่ใหญ่เป็นอันดับสองในกลุ่มท้องถิ่น โดยมีจานดาวประมาณ 100,000 litas (30 kpc) และมีความหนาเฉลี่ย 1,000 litas (0.3 kpc) หมู่ดาวรูปวงแหวนที่พันรอบทางช้างเผือกอาจเป็นของดาราจักรเอง ซึ่งกำลังสั่นอยู่ด้านบนและด้านล่างระนาบดาราจักร หากเป็นเช่นนั้น แสดงว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 150,000-180,000 ปีแสง (46-55 kpc)

มวล

การประมาณมวลของทางช้างเผือกจะแตกต่างกันไปตามวิธีการและข้อมูลที่ใช้ ที่ด้านล่างสุดของช่วงการประมาณค่า มวลของทางช้างเผือกคือ 5.8 × 1011 มวลดวงอาทิตย์ (M☉) ซึ่งน้อยกว่ามวลของดาราจักรแอนโดรเมดาเล็กน้อย การวัดโดยใช้อาร์เรย์ฐานที่ยาวมากในปี 2552 แสดงความเร็วสูงสุดถึง 254 กม./วินาที (570,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) สำหรับดาวฤกษ์ที่ขอบด้านนอกของทางช้างเผือก เนื่องจากความเร็วของวงโคจรขึ้นอยู่กับมวลทั้งหมดในรัศมีการโคจร นี่แสดงให้เห็นว่าทางช้างเผือกมีมวลมากกว่า ประมาณเท่ากับมวลของดาราจักรแอนโดรเมดาที่ 7×1011 M☉ ภายใน 160,000 ลิตร (49 kpc) ของจุดศูนย์กลาง ในปี 2010 การวัดความเร็วในแนวรัศมีของดาวฤกษ์รัศมีพบว่ามวลที่อยู่ภายใน 80 กิโลพาร์เซกคือ 7×1011 M☉ จากการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2014 มวลของทางช้างเผือกทั้งหมดประมาณ 8.5×1011 M☉ ซึ่งมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่งของ Andromeda Galaxy

สสารมืด

ทางช้างเผือกส่วนใหญ่เป็นสสารมืด เป็นรูปแบบที่ไม่รู้จักและมองไม่เห็น ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสสารธรรมดาด้วยแรงโน้มถ่วง รัศมีของสสารมืดกระจายค่อนข้างเท่ากันในระยะทางมากกว่าหนึ่งร้อยกิโลเมตร (kpc) จากใจกลางกาแลคซี แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของทางช้างเผือกแนะนำว่ามวลของสสารมืดคือ 1-1.5×1012 M☉ การศึกษาล่าสุดแสดงช่วงมวล 4.5×1012 M☉ และขนาด 8×1011 M☉

ก๊าซระหว่างดวงดาว

มวลรวมของดาวทั้งหมดในทางช้างเผือกคาดว่าจะอยู่ระหว่าง 4.6×1010 M☉ และ 6.43×1010 M☉ นอกจากดาวฤกษ์แล้ว ยังมีก๊าซในอวกาศที่มีไฮโดรเจน 90% และฮีเลียม 10% ด้วย โดยสองในสามของไฮโดรเจนอยู่ในรูปอะตอม และที่สามที่เหลืออยู่ในรูปของโมเลกุลไฮโดรเจน มวลของก๊าซนี้มีค่าเท่ากับ 10% หรือ 15% ของมวลรวมของดาวฤกษ์ในดาราจักร ฝุ่นในอวกาศคิดเป็นอีก 1% ของมวลทั้งหมด

โครงสร้างและขนาดของกาแล็กซี่ของเรา

ทางช้างเผือกประกอบด้วยดาวฤกษ์ประมาณ 200 ถึง 4 แสนล้านดวงและดาวเคราะห์อย่างน้อย 1 แสนล้านดวง ตัวเลขที่แน่นอนขึ้นอยู่กับจำนวนดาวมวลต่ำมากซึ่งยากต่อการตรวจจับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะทางที่ไกลกว่า 300 ลิตาจากดวงอาทิตย์ ในการเปรียบเทียบ กาแล็กซีแอนโดรเมดาที่อยู่ใกล้เคียงมีดาวฤกษ์ประมาณสามล้านล้านดวง ดังนั้นจึงเกินขนาดของกาแลคซีของเรา ทางช้างเผือกอาจมีดาวแคระขาวจำนวนหนึ่งหมื่นล้าน ดาวนิวตรอนที่พันล้าน และหลุมดำหนึ่งร้อยล้านดวง การเติมช่องว่างระหว่างดาวฤกษ์เป็นจานก๊าซและฝุ่นที่เรียกว่าสื่อระหว่างดวงดาว ดิสก์นี้มีรัศมีอย่างน้อยเทียบเท่าดาวฤกษ์ ในขณะที่ความหนาของชั้นก๊าซมีตั้งแต่หลายร้อยปีแสงสำหรับก๊าซที่เย็นกว่าจนถึงหลายพันปีแสงสำหรับก๊าซที่อุ่นกว่า

ทางช้างเผือกประกอบด้วยแกนแกนรูปแท่งล้อมรอบด้วยจานก๊าซ ฝุ่นและดวงดาว การกระจายมวลในทางช้างเผือกใกล้เคียงกับประเภท Sbc ของฮับเบิลมาก ซึ่งแสดงถึงกาแลคซีกังหันที่มีแขนกางออกค่อนข้างอิสระ นักดาราศาสตร์เริ่มสงสัยว่าทางช้างเผือกเป็นดาราจักรชนิดก้นหอยปิด แทนที่จะเป็นดาราจักรชนิดก้นหอยธรรมดาในปี 1960 ความสงสัยของพวกเขาได้รับการยืนยันโดยการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ในปี 2548 ซึ่งกั้นกลางของทางช้างเผือกนั้นใหญ่กว่าที่เคยคิดไว้

แนวคิดเกี่ยวกับขนาดของกาแล็กซี่ของเราอาจแตกต่างกันไป แผ่นจานดาวในทางช้างเผือกไม่มีขอบคมเกินกว่าจะไม่มีดาวฤกษ์ แต่ความเข้มข้นของดาวจะลดลงตามระยะห่างจากศูนย์กลางของทางช้างเผือก ด้วยเหตุผลที่ไม่ชัดเจน นอกรัศมีประมาณ 40,000 ลิตาจากจุดศูนย์กลาง จำนวนดาวต่อลูกบาศก์พาร์เซกจึงลดลงเร็วกว่ามาก ดิสก์ดาราจักรที่อยู่รอบๆ เป็นดาราจักรทรงกลมทรงกลมของดาวฤกษ์และกระจุกดาวทรงกลมที่ขยายออกไปด้านนอกแต่มีขนาดวงโคจรจำกัดดาวเทียมสองดวงของทางช้างเผือก - เมฆแมคเจลแลนใหญ่และเล็ก ซึ่งที่ใกล้ที่สุดอยู่ที่ระยะทางประมาณ 180,000 litas จากใจกลางกาแลคซี ที่ระยะนี้หรือไกลกว่านั้น วงโคจรของวัตถุรัศมีส่วนใหญ่จะถูกทำลายโดยเมฆแมเจลแลน ดังนั้นวัตถุดังกล่าวจึงมีแนวโน้มที่จะถูกขับออกจากบริเวณทางช้างเผือก

ระบบดาวและดาวเคราะห์อิสระ

คำถามเกี่ยวกับขนาดของทางช้างเผือกคือคำถามว่าโดยทั่วไปดาราจักรใหญ่แค่ไหน การสังเกตการณ์ด้วยเลนส์ไมโครเลนส์โน้มถ่วงและการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์ระบุว่าอย่างน้อยมีดาวเคราะห์ที่มีดาวฤกษ์จำนวนมากพอๆ กับที่มีดาวฤกษ์ในทางช้างเผือก และการวัดขนาดไมโครเลนส์บ่งชี้ว่ามีดาวเคราะห์อิสระที่ไม่ได้ผูกติดอยู่กับดาวฤกษ์อื่น ๆ มากกว่าตัวดาวเอง ตามแนวทางของ Meilin มีดาวเคราะห์อย่างน้อยหนึ่งดวงต่อดาว ส่งผลให้มีประมาณ 100-400 พันล้านครั้ง

เพื่อให้เข้าใจโครงสร้างและขนาดของดาราจักรของเรา นักวิทยาศาสตร์มักจะทำการวิเคราะห์ในลักษณะต่างๆ นานา อัปเดตและแก้ไขข้อมูลที่ล้าสมัยอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์ข้อมูลเคปเลอร์อีกครั้งในเดือนมกราคม 2556 พบว่ามีดาวเคราะห์นอกระบบขนาดเท่าโลกอย่างน้อย 17 พันล้านดวงในทางช้างเผือก เมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน 2556 นักดาราศาสตร์รายงานจากข้อมูลจากภารกิจอวกาศเคปเลอร์ว่าภายในขอบเขตของดาวฤกษ์และดาวแคระแดงที่เหมาะสมกับดวงอาทิตย์ในบริเวณทางช้างเผือก มากถึง 40พันล้านดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลก 11 พันล้านดวงโดยประมาณของดาวเคราะห์เหล่านี้อาจโคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ จากการศึกษาในปี 2559 ดาวเคราะห์ดวงนั้นที่ใกล้ที่สุดอาจอยู่ห่างออกไป 4.2 ปีแสง ดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกดังกล่าวอาจมีจำนวนมากกว่าก๊าซยักษ์ นอกจากดาวเคราะห์นอกระบบแล้ว ยังมีการตรวจพบ "ดาวเคราะห์นอกระบบ" ซึ่งเป็นดาวหางนอกระบบสุริยะและอาจพบได้ทั่วไปในทางช้างเผือก ขนาดของดาวและกาแล็กซี่อาจแตกต่างกัน