Naše domovská spirální galaxie s příčkou, se 100–400 miliardami hvězd, supermasivní černou dírou Sagittarius A* a rozsáhlým halem temné hmoty.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Architektura a anatomie naší Galaxie
1.1Galaktický disk (Thin & Thick Disk)
1.2Centrální příčka a výduť (Central Bar & Bulge)
1.3Spirální ramena
1.4Galaktické halo a temná hmota
2.Supermasivní srdce: Sagittarius A*
3.Kosmický kolotoč: Galaktický rok

Mléčná dráha: Náš galaktický domov

Mléčná dráha je naší domovskou galaxií – gigantickým hvězdným ostrovem, v němž se nachází naše Slunce spolu s dalšími přibližně 100 až 400 miliardami hvězd a nesčetnými mlhovinami, hvězdokupami a planetárními systémy.

Při pohledu zevnitř se nám Mléčná dráha jeví jako stříbřitě mlhavý pás táhnoucí se přes celou noční oblohu, protkaný temnými prachovými trhlinami. Teprve Galileo Galilei v roce 1610 svým prvním dalekohledem odhalil, že tento mlhavý závoj je ve skutečnosti tvořen nesčetným množstvím jednotlivých slabých hvězd.

Dnes víme, že Mléčná dráha je monumentální spirální galaxií s příčkou, která rotuje v hlubinách vesmíru a v jejímž samotném středu dříme supermasivní černá díra.

1. Architektura a anatomie naší Galaxie #

Mléčná dráha se skládá ze čtyř základních konstrukčních složek:

1. Galaktický disk (Thin & Thick Disk) #

Rozměry: Disk má průměr přibližně $100,000\text{ světelných let}$ (podle nových měření plynu až $150,000\text{ ly}$ ), jeho tloušťka je však pouhých zhruba $1,000$ světelných let. Svým tvarem připomíná dvě na sebe položená cédéčka nebo volské oko.
Populace I: V tenkém disku se nachází většina mladých hvězd, otevřených hvězdokup, mezihvězdného plynu a prachových mračen, v nichž probíhá aktivní vznik hvězd. Tlustý disk tvoří starší hvězdy s nižším obsahem kovů.

2. Centrální příčka a výduť (Central Bar & Bulge) #

Uprostřed disku se nachází protáhlá hvězdná příčka o délce kolem $27,000$ světelných let, která plynule přechází do kulovité centrální výduti. Výduť je hustě natěsnána starými žlutými a červenými hvězdami.

3. Spirální ramena #

Z konců centrální příčky vybíhají velkolepá spirální ramena: rameno Persea, rameno Scutum-Centaurus, rameno Střelce (Sagittarius) a rameno Norma. Naše Slunce leží v menším lokálním výběžku zvaném rameno Oriona ve vzdálenosti zhruba $26,700\text{ světelných let}$ od galaktického středu.

4. Galaktické halo a temná hmota #

Celý disk je obklopen obří kulovou obálkou zvanou halo. V něm se nachází přes 150 starobylých kulových hvězdokup (obsahujících nejstarší hvězdy ve vesmíru staré až 13 miliard let) a především gigantické neviditelné halo temné hmoty, které tvoří více než 90 % veškeré gravitace naší Galaxie.

2. Supermasivní srdce: Sagittarius A* #

V samotném geometrickém středu Mléčné dráhy se nachází kompaktní astronomický rádiový zdroj Sagittarius A* (čti Střelec A s hvězdičkou).

V letech 1995 až 2020 sledovaly týmy Reinharda Genzela a Andrey Ghezové oběžné dráhy jednotlivých hvězd v těsné blízkosti tohoto bodu (zejména slavné hvězdy S2). Z jejich zběsilého oběhu rychlostmi tisíců kilometrů za sekundu nezvratně dokázaly, že v prostoru menším než oběžná dráha Merkuru se nachází supermasivní černá díra o hmotnosti $4,15\text{ milionu Sluncí}$ (za což oba vědci obdrželi Nobelovu cenu za fyziku 2020). V květnu 2022 zveřejnil mezinárodní projekt Event Horizon Telescope (EHT) její historicky první přímou fotografii (rádiový stín horizontu událostí).

3. Kosmický kolotoč: Galaktický rok #

Celá Mléčná dráha se neustále otáčí. Diferenciální rotaci popsal v roce 1927 Jan Oort.

Naše Sluneční soustava se pohybuje kolem galaktického středu rychlostí přibližně $230\text{ km/s}$ ( $828,000\text{ km/h}$ ). I při této závratné rychlosti trvá Slunci jeden jediný oběh kolem středu Galaxie neuvěřitelných $230\text{ milionů let}$ ! Toto časové období nazýváme galaktický rok. Během celé své existence od zrodu před 4,6 miliardami let oběhlo Slunce kolem Galaxie sotva dvacetkrát – při našem minulém oběhu po Zemi teprve začínali chodit první dinosauři.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Galaktická dynamika a astrometrická kinematika Mléčné dráhy: NFW halo temné hmoty, Oortovy konstanty a astrofyzika Sagittarius A*

Mléčná dráha představuje spirální galaxii s příčkou klasifikace SB(rs)bc s celkovou dynamickou viriálovou hmotností $M_{\text{vir}} \approx (1{,}0-1{,}5) \times 10^{12} M_\odot$ .

1. Hmotnostní dekompozice a Navarro-Frenk-White (NFW) profil temného hala #

Celkový gravitační potenciál Galaxie $\Phi_{\text{tot}}(R, z)$ se skládá ze čtyř analytických komponent:

\Phi_{\text{tot}} = \Phi_{\text{bulge}} + \Phi_{\text{disk}} + \Phi_{\text{gas}} + \Phi_{\text{DM}}

Centrální sféroidální výduť (Hernquistův potenciál):

\Phi_{\text{bulge}}(r) = -\frac{G M_{\text{bulge}}}{r + c_b}, \quad M_{\text{bulge}} \approx 1{,}5 \times 10^{10} M_\odot, \quad c_b \approx 0{,}7\text{ kpc}

Dvojitý diskový subsystém (Miyamoto-Nagai potenciál):

\Phi_{\text{disk}}(R, z) = -\frac{G M_{\text{disk}}}{\sqrt{R^2 + \left( a_d + \sqrt{z^2 + b_d^2} \right)^2}}

Kde $M_{\text{disk}} \approx (5-6) \times 10^{10} M_\odot$ , radiální škála tenkého disku $a_d \approx 3{,}0\text{ kpc}$ , vertikální škála $b_d \approx 0{,}3\text{ kpc}$ .

Halo temné hmoty (Navarro-Frenk-White profil):
Hustotní profil kosmologického NFW hala:

\rho_{\text{DM}}(r) = \frac{\rho_0}{\left(\frac{r}{r_s}\right) \left( 1 + \frac{r}{r_s} \right)^2}

Kde škálový poloměr $r_s \approx 16-20\text{ kpc}$ a centrální hustota $\rho_0 \approx 0{,}008 M_\odot/\text{pc}^3$ ( $\approx 0{,}3-0{,}4\text{ GeV/cm}^3$ v okolí Slunce).

Kruhová rychlost $V_c(R)$ v ekvatoriální rovině:

V_c^2(R) = R \left( \frac{\partial\Phi_{\text{tot}}}{\partial R} \right)_{z=0}

Data z družice Gaia (DR3) ukazují plochou rotační křivku $V_c(R) \approx 220-240\text{ km/s}$ od $R = 5\text{ kpc}$ až do $R \sim 25\text{ kpc}$ , což vyžaduje, aby baryonová hmota tvořila pouhých $\sim 5-10,%$ celkové hmotnosti Galaxie.

2. Přesné astrometrické určení parametrů Sagittarius A* (VLTI GRAVITY) #

Sledováním Keplerovských drah hvězd S-klastru pomocí interferometru VLTI GRAVITY (s rozlišením $50,\mu\text{as}$ ) a adaptivní optiky NACO na VLT byla změřena relativistická precese perihélia hvězdy S2 (Schwarzschildova precese $\Delta\phi \approx 12{,}1'$ na oběh):

ds^2 = -(1 - r_s/r) c^2 dt^2 + (1 - r_s/r)^{-1} dr^2 + r^2 d\Omega^2

Výsledné fundamentální parametry galaktického centra (Abuter et al., A&A 2020):

Hmotnost supermasivní černé díry: $M_{\text{BH}} = (4{,}154 \pm 0{,}014) \times 10^6 M_\odot$
Vzdálenost galaktického centra od Slunce: $R_0 = 8,178 \pm 13_{\text{stat}} \pm 22_{\text{syst}}\text{ pc} \quad (26,673\text{ ly})$
Gravitační poloměr: $r_g = \frac{G M}{c^2} \approx 6{,}13 \times 10^9\text{ m} \approx 0{,}041\text{ AU}$
Úhlový rozměr stínu horizontu událostí měřený EHT (2022): $\theta_{\text{ring}} = 51{,}8 \pm 2{,}3,\mu\text{as}$

3. Vědecké reference a primární literatura #

[1] Oort, J. H. (1927). Observational confirmation of Lindblad's hypothesis of a rotation of the Galactic System. BAN, 3, 275.
[2] Navarro, J. F., Frenk, C. S., & White, S. D. (1996). The Structure of Cold Dark Matter Halos. The Astrophysical Journal, 462, 563.
[3] Genzel, R., Eisenhauer, F., & Stefan, S. (2010). The Galactic Center massive black hole and nuclear star cluster. Reviews of Modern Physics, 82(4), 3121–3195.
[4] Gravity Collaboration; Abuter, R., et al. (2020). Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 around the Galactic centre massive black hole. Astronomy & Astrophysics, 636, L5.
[5] Event Horizon Telescope Collaboration. (2022). First Sagittarius A Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way*. The Astrophysical Journal Letters, 930(2), L12.
[6] Bland-Hawthorn, J., & Gerhard, O. (2016). The Galaxy in Context: Structural, Kinematic, and Integrated Properties. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 54, 529–596.

Literatura a vědecké reference

Gravity Collaboration (Abuter et al.): Detection of Schwarzschild precession in orbit of S2. Astronomy & Astrophysics, Vol 636, L5 (2020)[online]
Event Horizon Telescope Collaboration: First Sagittarius A* Results. The Astrophysical Journal Letters, Vol 930, Issue 2, L12 (2022)[online]

Typ	Spirální galaxie s příčkou (klasifikace SBbc)
Prumer disku	100 000 až 150 000 světelných let (30–45 kpc)
Pocet hvezd	100 až 400 miliard hvězd
Poloha slunce	Rameno Oriona, 26 700 ly (8,18 kpc) od galaktického centra
Rychlost rotace slunce	230 km/s (galaktický rok trvá 230 milionů let)
Centralni cerna dira	Sagittarius A* (hmotnost 4,15 milionu Sluncí)
Celkova hmotnost	~ 1,0 až 1,5 × 10^12 M_Sun (z 90 % temná hmota)
Clenstvi	Místní skupina galaxií (druhá největší po galaxii v Andromedě)

Virialova hmotnost	M_vir ≈ (1,15 ± 0,2) × 10¹² M_Sun
Baryonova hmotnost	M_bar ≈ 6,5 × 10¹⁰ M_Sun (hvězdy + plyn)
Sagittarius a star	M_BH = (4,154 ± 0,014) × 10⁶ M_Sun (VLTI GRAVITY 2020)
Vzdalenost R0	8 178 ± 22 pc (přesnost 0,3 %)
Hustota temne hmoty slunce	ρ_DM,0 ≈ 0,3–0,4 GeV/cm³ (0,009 M_Sun/pc³)
Tloustka disku	Tenký disk: ~300 pc, Tlustý disk: ~1 000 pc
Uhlovy stin eht	θ_shadow = 51,8 ± 2,3 μas (květen 2022)

Mléčná dráha

Mléčná dráha

Obsah hesla

Mléčná dráha: Náš galaktický domov

1. Architektura a anatomie naší Galaxie #

1. Galaktický disk (Thin & Thick Disk) #

2. Centrální příčka a výduť (Central Bar & Bulge) #

3. Spirální ramena #

4. Galaktické halo a temná hmota #

2. Supermasivní srdce: Sagittarius A* #

3. Kosmický kolotoč: Galaktický rok #

Galaktická dynamika a astrometrická kinematika Mléčné dráhy: NFW halo temné hmoty, Oortovy konstanty a astrofyzika Sagittarius A*

1. Hmotnostní dekompozice a Navarro-Frenk-White (NFW) profil temného hala #

2. Přesné astrometrické určení parametrů Sagittarius A* (VLTI GRAVITY) #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Mléčná dráha

Obsah hesla

Mléčná dráha: Náš galaktický domov

1. Architektura a anatomie naší Galaxie #

1. Galaktický disk (Thin & Thick Disk) #

2. Centrální příčka a výduť (Central Bar & Bulge) #

3. Spirální ramena #

4. Galaktické halo a temná hmota #

2. Supermasivní srdce: Sagittarius A* #

3. Kosmický kolotoč: Galaktický rok #

Galaktická dynamika a astrometrická kinematika Mléčné dráhy: NFW halo temné hmoty, Oortovy konstanty a astrofyzika Sagittarius A*

1. Hmotnostní dekompozice a Navarro-Frenk-White (NFW) profil temného hala #

2. Přesné astrometrické určení parametrů Sagittarius A* (VLTI GRAVITY) #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík