Droga Mleczna – wszystko o naszym miejscu we Wszechświecie

Przez całe swoje życie przebywamy w Drodze Mlecznej. Spoglądając w nocne niebo, również obserwujesz Drogę Mleczną. To nasz dom i nasze miejsce we Wszechświecie – co musisz o nim wiedzieć?

Eksploracja kosmosu przez człowieka jest wciąż ograniczona do Układu Słonecznego. Nie oznacza to jednak, że obserwacje nie wykraczają poza domenę naszego „lokalnego podwórka”. Nasz układ planetarny z wszystkimi obiektami wchodzącymi w jego skład, tworzy większą całość. Całość, która znana jest pod nazwą Drogi Mlecznej.

Droga Mleczna jest galaktyką, która oprócz Układu Słonecznego zawiera białe karły, gwiazdy neutronowe, magnetary, planety, gwiazdy, czarne dziury oraz inne obiekty (jak planetoidy, komety, gaz międzygwiezdny pył etc.). I tak jak Ziemia krąży wokół Słońca, tak wszystkie te obiekty orbitują wokół centrum galaktyki. W tym artykule przedstawimy wszystkie najważniejsze fakty związane z naszą galaktyką.

Droga Mleczna – nasze miejsce we Wszechświecie. Czym dokładnie jest?

Wiemy już, że Droga Mleczna jest galaktyką, ale co to dokładnie jest? Kosmos pełen jest materii, która skupiając się w danym jego miejscu, zaczyna wchodzić ze sobą w interakcję. Wspomniane oddziaływanie wywołuje grawitacja – im większy jest dany obiekt, tym jego grawitacja będzie silniejsza. Wszystkie te ciała niebieskie, zarówno większe (planety, gwiazdy, czarne dziury etc.), jak i mniejsze (planetoidy, pył i gaz międzygwiezdny) oddziałują ze sobą przez grawitację.

To właśnie jej siła wiąże wszystkie te obiekty ze sobą i sprawia, że zaczynają one obracać się wokół centrum, w którym znajduje się supermasywna czarna dziura. Centrum galaktyki jest więc wspólnym środkiem masy dla całej materii, która wchodzi w jej skład.

Droga Mleczna jest konkretnym typem galaktyki, który określany jest mianem galaktyki spiralnej z poprzeczką. Co to oznacza? Jest to spiralna galaktyka, która w swoim centrum ma umiejscowioną wspomnianą poprzeczkę. Struktura ta tworzona jest przez silne zagęszczenie gwiazd, pyłu i gazów. Ramiona spiralne galaktyki tego rodzaju wychodzą z obu końców poprzeczek, nie zaś z samego jądra, jak ma to miejsce w przypadku galaktyk bez poprzeczki.

To właśnie w jednym z tych ramion znajduje się Ziemia, Słońce i pozostałe planety Układu Słonecznego. Jeżeli porównamy centrum galaktyki do centrum miasta, nasz „dom” zlokalizowany będzie na przedmieściach. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ bliższe położenie w stosunku do centrum galaktyki mogłoby uniemożliwić istnienie życia na planecie. Wiąże się to z silnym promieniowaniem emitowanym przez gwiazdy, czarne dziury, pulsary oraz inne obiekty. W centrum galaktyki podobnie jak w życiu codziennym miasta panuje znacznie większe zatłoczenie niż w ramionach.

Sprawdź też: Prędkość światła – ile wynosi i wszystko inne, co musisz o niej wiedzieć

Wymiary, masa, struktura, liczba gwiazd i planet w galaktyce

Droga Mleczna to ogromna struktura – nasz Układ Słoneczny jest zaledwie pyłkiem na jej tle. Początkowe obserwacje galaktyki były jednak niezwykle problematyczne – wszak znajdujemy się w jej wnętrzu. To tak, jakbyśmy przebywali w lesie, którego rozmiary próbujemy ocenić, tym samym nigdy z niego nie wychodząc. Rzecz jasna, omawiany tu las jest zbyt duży, by ludzie byli w stanie spojrzeć na niego z zewnątrz.

Obserwacje innych galaktyk, katalogowanie gwiazd Drogi Mlecznej, wyznaczanie ich odległości i szybkości ruchu pozwoliły jednak na stworzenie modelu Drogi Mlecznej. W ten sposób udało się uzyskać obraz całej galaktyki, który powstał w toku żmudnych obserwacji, kalkulacji oraz wielu innych rodzajów badań.

Prześledźmy go więc, zaczynając od samego centrum, poruszając się w kierunku granic galaktyki. W samym środku naszej galaktyki znajduje się Sagittarius A*. Jest to supermasywna czarna dziura, której masę astronomowie szacują na około 4,1-4,3 milionów mas naszej gwiazdy. Co ciekawe, obiekt ten jest znacznie mniej jasny niż w przypadku innych galaktyk. Badacze tłumaczą to tym, że czarna dziura nie pochłania obecnie materii.

Bliskie okolice Sagittariusa A* to miejsce niezwykle tłoczne. Znajdują się tam liczne gwiazdy, pył, gaz – wszystko razem niezwykle gęsto upakowane. Obszar ten określany jest mianem centralnego zgrubienia galaktycznego. W przypadku naszej galaktyki obszar ten ma około 10000 lat świetlnych szerokości. Kształtem natomiast przypomina orzeszek. Badacze szacują, że znajduje się tam około 10 miliardów gwiazd, głównie czerwonych gigantów.

Zgrubienie galaktyczne znajduje się w poprzeczce. Jest to podłużna formacja, której nazwa oddaje jej pełny obraz. Astronomowie są zgodni, że jej obecność ma istotny wpływ na proces formowania się gwiazd. To właśnie z obu końców poprzeczki wychodzą ramiona spiralne Drogi Mlecznej, co potwierdza tę teorię. Poprzeczka ma przypuszczalnie 27000 lat świetlnych szerokości.

Poza obszarami o największym stłoczeniu rozciąga się dysk galaktyczny. Jego rozmiary oszałamiają skalą – struktura ta ma do 200 000 lat świetlnych szerokości i 1000 lat świetlnych grubości. To właśnie dysk galaktyczny jest miejscem, w którym zlokalizowana jest największa liczba gwiazd w galaktyce. Łącznie z naszym Słońcem. Ocenia się, że dysk może zawierać nawet do 400 miliardów gwiazd i prawdopodobnie tyle samo planet. Dysk jest jednak zdecydowanie mniej tłoczny, głównie ze względu na swoje ogromne rozmiary.

Co w przypadku, gdy chcielibyśmy umieścić naszą galaktykę na wadze, aby poznać jej masę? Cóż, to niemożliwe, ale naukowcom udało się określić wagę galaktyki w inny sposób. Przyjmuje się, że łączna masa wynosi około 1,5 kwintyliona mas Słońca. Co ciekawe, masa galaktyki w zdecydowanej większości stanowiona jest nie przez czarne dziury, gwiazdy lub planety, ale przez ciemną materię.

Wyobraźmy sobie, że nasz Układ Słoneczny ma rozmiary monety o średnicy 24,3 mm. Jak ogromna będzie wtedy Droga Mleczna? Jej średnica będzie wynosić przynajmniej 2660 kilometrów. Jest to odległość, jaka dzieli np. północną granicę USA od południowej.

Jak stara jest nasza galaktyka? Wszechświat powstał najprawdopodobniej z Wielkiego Wybuchu około 13,6 miliardów lat temu. Mamy zatem górną granicę, która uniemożliwia ewentualne uformowanie powyżej tej daty. Większość galaktyk we Wszechświecie uformowała się od 13,6 do 10 miliardów lat temu. Astronomowie przewidują, że Droga Mleczna uformowała się około 13,6 miliardów lat temu. Oznacza to, że nastąpiło to wtedy, gdy cały Wszechświat był niezwykle młody.

Gdzie jesteśmy w Drodze Mlecznej – lokalizacja Układu Słonecznego w galaktyce

Gdzie dokładnie znajdujemy się w naszej macierzystej galaktyce? Jak już było wspomniane, nasz układ planetarny to „przedmieścia” galaktyki. Słońce jest zlokalizowane około 26000 lat świetlnych od jądra galaktyki (czyli Sagittariusa A*). Nasza dokładna lokalizacja znajduje się w Ramieniu Oriona. Jest to jedno z ramion naszej galaktyki – pomimo całkiem sporych rozmiarów, nie jest to główne ramię Drogi Mlecznej.

Wspominaliśmy o odległości 26 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki. Co jeśli chcielibyśmy tę wartość zamienić na dobrze nam znane kilometry? Uzyskalibyśmy wtedy liczbę 245,979,000,205,108,580 km.

Wszystko w naszej galaktyce orbituje wokół jej jądra. Nasz układ nie jest tu wyjątkiem – jesteśmy w ciągłym ruchu, przez cały czas. I to naprawdę wysokim pod względem prędkości poruszania się. Średnia prędkość całego Układu Słonecznego wynosi 828 000 km/h – czy to dużo? Z pewnością, ale warto odnotować, że jedna pełna „runda” dookoła galaktyki zajmuje 230 milionów lat.

Sprawdź też: Centrum Drogi Mlecznej – co się tam znajduje?

Naukowcy z European Space Agency przedstawili badania, które pozwoliły określić nasze lokalne sąsiedztwo. Wynika z nich, że Słońce jest częścią struktury gazu międzygwiezdnego, w którym nasza gwiazda niejako „płynie”. Wspomniana struktura ma mieć długość 9000 lat świetlnych, 400 lat świetlnych szerokości i jest pofałdowana zarówno na dole jak i górze o łącznej wysokości 500 lat świetlnych.

Jądro galaktyki w naszej galaktyce

Co jest w środku Drogi Mlecznej? Jak już wspominaliśmy, znajduje się tam supermasywna czarna dziura (SMBH od supermassive black hole). Obiekty tego rodzaju są czarnymi dziurami o ogromnej masie milionów, a w wybranych przypadkach nawet miliardów mas Słońca. Badacze skłaniają się ku teorii, że praktycznie każda galaktyka posiada w swoim centrum takiego kolosa.

Nasza galaktyczna SMBH nosi nazwę Sagittarius A*. Niestety obserwacje tego obiektu są utrudnione z powodu dużego zagęszczenia tego obszaru, jak i uśpienia samej czarnej dziury. Należy przez to rozumieć to, że nie pochłania ona materii, która w innym przypadku utworzyłaby tzw. dysk akrecyjny dookoła czarnej dziury.

Wspominaliśmy już o masie Sagittariusa A* (około 4,1-4,3 milionów mas Słońca), co jednak z wymiarami? Badacze obliczyli, że cała ta sama jest „upakowana” w obszarze o średnicy 51,8 milionów kilometrów. To mniej, niż średni dystans, jaki dzieli Słońce od Merkurego (około 58 milionów kilometrów).

Oznacza to, że SMBH w jądrze naszej galaktyki jest stosunkowo małym obiektem. Może to rodzić pytanie, w jaki sposób Sagittarius A* utrzymuje grawitacyjnie wszystkie inne obiekty w Drodze Mlecznej? Przede wszystkim takie twierdzenie jest błędne. Sagittarius A* ma około jedną milionową masy naszej galaktyki i nie wiąże grawitacyjnie np. Słońca. Ma wpływ jedynie na swoje lokalne otoczenie w jądrze.

Sprawdź też: Jaki los zgotuje nam Galaktyka Andromedy w odległej przyszłości?

Dokładnie więc mówiąc, wszystkie obiekty w galaktyce orbitują nie dookoła Sagittariusa A*, ale dookoła środka masy całej Drogi Mlecznej. Supermasywna czarna dziura znajduje się po prostu w środku tej masy, jednak nie wpływa ona grawitacyjnie na odleglejsze ciała niebieskie. Jeżeli Sagittarius A* zniknąłby z jądra galaktyki, nie miałoby to wpływu na zdecydowaną większość ciał niebieskich Drogi Mlecznej.

Droga Mleczna – skąd pochodzi jej nazwa?

Droga Mleczna to nader nietypowa nazwa, która może budzić wiele pytań. Nazwa zyskuje jednak sens, gdy tylko zobaczymy, jak prezentuje się nasza galaktyka z Ziemi. W miejscu, które nie jest zanieczyszczone światłem, Droga Mleczna przypomina „pas rozlanego mleka”, który rozciąga się przez niebo. Ma to związek z tym, że patrzymy na nią z wnętrza w kierunku jądra galaktyki i samej poprzeczki.

Było to inspiracją dla naszych antycznych przodków. Grecy, spoglądając na Drogę Mleczną, wyobrażali sobie Herę, która odtrącała Heraklesa od swojej piersi. Doprowadziło to do rozlania mleka z piersi, które wylało się po całym horyzoncie. Było to ogromną inspiracją dla Rzymian, którzy właściwie ochrzcili naszą galaktykę.

Obserwując galaktykę w nocy, nadali oni specjalną nazwę temu widokowi: via lactea. Zwrot ten można dosłownie przetłumaczyć jako „droga mleczna”. Grecy jednak dorzucili swoje „trzy grosze” do kwestii nazewnictwa, które pozostało na wieki. Nocne niebo było przez nich określane mianem galaktikós kyklos, czyli „mleczny okrąg”. Pierwsze słowo brzmi znajomo? Dokładnie stąd pojawiło się słowo „galaktyka”.

Przyszłość Drogi Mlecznej

Cała nasza galaktyka porusza się przez pustkę kosmosu. Jej prędkość wynosi 600 km/s i dotyczy całej galaktyki. Dysponujemy jednak wiedzą, że nasz szybki ruch przez kosmos już teraz jest skazany na kolizję. Droga Mleczna jest na kursie kolizyjnym z inną ogromną galaktyką, czyli Galaktyką Andromedy. Oba obiekty stanowią dwie największe galaktyki Grupy Lokalnej (duże skupisko galaktyk).

Sprawdź też: Galaktyki – czym są? Nowe galaktyki, najciekawsze i najodleglejsze

Nie ma jednak powodów do obaw – sama kolizja nastąpi za około 4,5 miliardy lat. Badacze przewidują, że pierwszy kontakt pomiędzy obiema galaktykami nastąpi za około 4 miliardy lat. W chwili obecnej obie galaktyki dzieli dystans około 2,52 milionów lat świetlnych. Prędkość jest jednak wysoka – Andromeda zbliża się do nas z szybkością ok. 400 tysięcy km/h.

Warto wspomnieć, że w kolizji najprawdopodobniej weźmie udział jeszcze trzecia galaktyka. Mowa o Galaktyce Trójkąta, która jest związana grawitacyjnie z Andromedą. Istnieje pewna szansa, że to właśnie ona jako pierwsza zderzy się z Drogą Mleczną. Cały proces będzie niezwykle długotrwały i możliwe, że po pierwszym kontakcie galaktyki oddalą się od siebie, by następnie połączyć się w jeden ogromny obiekt. Najprawdopodobniej z kolizji wyłoni się nowa ogromna galaktyka eliptyczna, którą cechuje regularność kształtu.

Jeżeli Układ Słoneczny jest naszym domem, to Droga Mleczna jest ogromnym miastem, w którym wspomniany dom się znajduje. Według najnowszych badań okazuje się, że rozmiary galaktyki zostały niedoszacowane. Szerokość galaktyki ma wynosić 200 tysięcy lat świetlnych, a nie około 100 tysięcy, jak uważano wcześniej. Światło podróżując przez całą średnicę galaktyki, potrzebuje 200 tysięcy lat, by ukończyć podróż!

Badacze przypuszczają, że we Wszechświecie może istnieć nawet do 2 trylionów galaktyk. Omawiana galaktyka jest jednak dla nas szczególna. Być może ludzkość będzie mieć kiedyś sposobność eksplorować odległe rubieże naszej macierzystej galaktyki.

Źródło obrazów: nasa.gov