Трудно поверить, но группе американских астрономов недавно удалось определить массу такого колоссального космического объекта, как Млечный Путь. Как они решили эту головоломку? Сейчас расскажем.
Первое, что приходит в голову: надо сосчитать звезды, туманности и все небесные тела, наблюдаемые астрономами в телескопах, и сложить их массы. Сказать легко, а попробуй-ка сделай, учитывая масштаб Млечного Пути! Тем более, что мы находимся внутри него, а следовательно, не в силах разглядеть и дальние области галактики, и те, что расположены за ее центральной частью и скрыты от нас множеством звезд. В густом лесу вдаль не посмотришь! Чтобы ты понял всю сложность задачи, представь, что вокруг тебя не просто лес, а заволоченная туманом чащоба. Ведь во Вселенной немало гигантских облаков газа и отнюдь не прозрачной пыли. Можно, конечно, покинуть пределы Млечного Пути, чтобы изучить его со стороны, но на подобное путешествие даже у самых быстроходных современных научно-исследовательских зондов уйдут миллиарды лет, так что это — не вариант. Надо действовать иначе. Давай попробуем так: подсчитаем среднее количество звезд по соседству с Солнцем — уж эту область космоса мы знаем очень даже неплохо, а затем соотнесем полученные цифры с общим объемом галактики.
Альфа Центавра, ближайшая к нашему Солнцу звезда, удалена от нас на расстояние 4,4 световых лет. Не будем мелочиться и округлим до 5. А теперь представим сферу, центр которой располагается ровно посередине между Солнцем и альфой Центавра и которая делит каждую из них пополам. Такая сфера имела бы объем 65 кубических световых лет и содержала бы в себе по половинке обеих светил, то есть, можно сказать, — одно целое. Разделив объем созданной нами звезды на указанный выше объем сферы, узнаем, что на каждый кубический световой год приходится в среднем 0,015 звезды.

Хотелось бы поточнее

Следишь за ходом мысли? Тогда продолжим. Млечный Путь представляет собой диск радиусом примерно 50 000 световых лет и толщиной 1000 световых лет. Объем диска вычисляется по нехитрой формуле, не будем утомлять тебя арифметикой и сразу скажем, что объем Млечного Пути — приблизительно 8000 миллиардов кубических световых лет. Ну а если, как мы посчитали чуть выше, один кубический световой год содержит 0,015 звезды, то в Млечном Пути должно быть чуть более 100 миллиардов звезд с массами, как у Солнца. Астрономы обозначают солнечную массу как М0 поэтому наш вывод можно записать так: 100 миллиардов М0.
Впрочем, в наши рассуждения вкралась неточность. Всё дело в том, что альфа Центавра, если приглядеться к ней повнимательней, не просто звезда, а тройная звездная система. Если не пятерная, поскольку поблизости располагается еще двойная система коричневых карликов — Луман 16, эта горячая парочка газовых и достаточно тяжелых шаров запросто может вспыхнуть звездами. Короче говоря, в зависимости оттого, сколько звезд ты насчитаешь в нашей сфере, одну или пять, ее масса особо не изменится (от 1 до 2 М0), а вот количество звезд придется пересчитать. Обратившись к Млечному Пути, мы теперь можем смело сказать, что наша галактика весит от 100 до 200 миллиардов солнечных масс и включает в себя от 100 до 1000 миллиардов звезд… М-да, не слишком круто с точки зрения точности!
Разумеется, мы имеем возможность подкорректировать полученный результат, взяв за образец более крупный участок Вселенной вокруг Солнца. Именно этим, кстати, занят европейский зонд «Gaia», который в настоящее время определяет расположение примерно миллиарда звезд в сфере диаметром несколько тысяч световых лет. Некоторые нетерпеливые ученые, не имея пока результатов от космического звездочета, измерили общее количество инфракрасного света, невидимого для человеческого глаза, посылаемого на Землю звездами Млечного Пути. А у инфракрасных лучей имеется немалое преимущество: они значительно лучше преодолевают облака пыли. Последние данные свидетельствуют о наличии приблизительно 200-400 миллиардов звезд общей массой примерно 64 миллиардов и еще 8 миллиардов М0 в виде газа…

Фантомная материя

Впрочем, современные астрономы убеждены, что все эти подсчеты никуда не годятся! А всё потому, что их коллега, американка Вера Рубин, еще в 1976 году измерила скорости, с которыми звезды вращаются вокруг центра Млечного Пути, и они оказались не в меру высокими. При таких скоростях звезды должны разлетаться во все стороны, словно камни, выпущенные из пращи, но этого не происходит. Значит, внутри галактики есть еще какая-то очень массивная материя, которая создает гравитацию, удерживающую звезды от разлета. А так как материю эту никто не видел, то ее и назвали «темной». И сколько же весит эта призрачная материя? Очень трудный вопрос! Так сразу и не ответишь…
Попробуем всё же разобраться, применив метод Веры Рубин, то есть измерим скорость небесных тел, вращающихся вокруг Млечного Пути, в первую очередь — шаровых скоплений, плотных клубков из множества звезд кружащихся вокруг галактического центра, подобно мошкаре возле горящей лампы, а также карликовых спутниковых галактик на окраинах Млечного Пути. В последние годы астрономы находят их десятками. Теперь усаживаемся за компьютер загружаем в него все необходимые физические законы и даем команду сформировать самые разнообразные галактики, меняя такие составляющие, как общая масса, возраст (от чего зависит в частности, количество газов, которые либо успели сконцентрироваться и превратиться в звезду, либо, наоборот, разлетелись во все стороны после взрыва состарившейся звезды) и, прежде всего, соотношение между темной материей и обычной. А затем посмотрим, как станут вести себя небесные тела в наших тысячах виртуальных галактик. Победят те из них, которые будут ближе всего к реальным астрономическим наблюдениям.

960 миллиардов солнечных масс!

Чем точнее данные, используемые при компьютерном моделировании, тем правдоподобнее конечный итог. Астрономы из Аризонского университета (США), благодаря придуманному ими хитроумному методу (см. дополнительный текст сверху), сумели добиться впечатляющего результата. И очень неожиданного: согласно выводам, общая масса Млечного Пути составляет 960 миллиардов М0 причем почти 900 миллиардов из них приходится на долю темной материи. Моделирование также показывает, что возраст Млечного Пути — немногим более 13 миллиардов лет, и большая часть газов уже использована, а значит, процесс формирования новых звезд идет на убыль. Да, и еще: в нашем Млечном Пути больше красновато-оранжевых стареющих звезд, нежели молодых, пышущих синеватыми лучами. С ума сойти! Не покидая родную Землю, ученые описывают и анализируют Млечный Путь так, как будто живут в соседней галактике. Нет, правда, у астрономов есть что-то от инопланетян!