Біздің галактикада қанша жұлдыз бар

Адамзат ежелгі заманда түнгі аспанға алғаш рет көз тіккен сәттен бастап Ғалам өз масштабымен ақыл-ойды таң қалдырып келеді. Мыңдаған жылдар бойы жарық шоқтар басымыздың үстіндегі қараңғы күмбезге шашылған санаусыз ұшқындар болып көрінді. Тек қазіргі заманғы телескоптар мен есептеу әдістері пайда болғаннан кейін ғана ғалымдар астрономияның іргелі сұрақтарының біріне — Млечный Путь деп аталатын біздің жұлдызды үйімізде дәл қанша жұлдыз барына — жауап іздеуге жақындай алды. Бұл сұраққа берілген жауап бір мезгілде таң қалдырарлық та, күтпеген жерден аулаға түскен де болып шықты.

Жұлдыздарды санау неліктен қиын

Галактикадағы барлық жарық шоқтарды тікелей санап шығу бірнеше себептерге байланысты мүмкін емес, олардың әрқайсысы өзі бір ауқымды ғылыми кедергі болып табылады. Біз Млечный Путьтің ішінде орналасқанбыз, демек оны сыртынан емес, қалың орманның ортасынан қарағандай бақылаймыз — тек жақын тұрған ағаштар ғана көрінеді.

Астрономдар кездесетін негізгі қиындықтардың ішінен мыналарды бөліп атайды:

• жұлдызаралық шаң мен газ алыстағы санаулы нысандардың жарығын сіңіріп, оларды ең қуатты аспаптармен де бақылаушылардан жасырып қояды;
• галактиканың ортасы оптикалық аспаптар іс жүзінде өтпейтін тығыз материя бұлттарымен жабылған;
• тұнжыр ергежейлі жұлдыздардың көпшілігі үлкен қашықтықта тіркеуге өте нашар — олар фондық сәуле шығару ортасында жоғалып кетеді;
• қос және көп жұлдызды жүйелер телескоппен қарағанда жиі жалғыз жарық көзі ретінде көрінеді, бұл нысандардың нақты санын кемітіп көрсетуге алып келеді.

Осы факторлардың барлығы бірге алғанда тікелей бақылау тек ішінара бейне ғана береді дегенді білдіреді. Дәл осы себепті астрономия бақылаулардың физикалық шектеулерін айналып өтуге мүмкіндік беретін жанама бағалау әдістеріне жүгінеді.

Санау әдістері: ғалымдар сандарды қалай алады

Заманауи ғылым жұлдыздардың санын бағалаудың бірнеше тәсілін жасап шықты, олардың әрқайсысы өзіндік логикасы мен өлшенетін шамаларға сүйенеді. Әртүрлі тәсілдерді ұштастыру ғалымдарға нәтижелерді салыстыруға және қорытынды деректерді нақтылауға мүмкіндік береді.

Қолданылатын негізгі тәсілдер мыналар:

1. Галактиканың жалпы массасын өлшеу. Астрономдар Млечный Путьтің жалпы массасын оның шетіндегі нысандардың қозғалысы арқылы анықтайды — дәл Күннің массасы планеталардың орбиталары арқылы есептелетіндей. Жалпы массаны және бір жұлдыздың орташа массасын біліп, зерттеушілер біріншісін екіншісіне бөліп, жарық шоқтардың шамамен санын алады. Масса үлесінің едәуір бөлігін жұлдызды зат болып табылмайтын қараңғы материя құрайтындықтан, әдістің қателік шегі өте жоғары.
2. Жұлдыздың жарықтылық функциясын талдау. Ғалымдар аспанның жақсы көрінетін учаскелерін зерттеп, әртүрлі жарықтылықтағы нысандарды санайды және бүкіл галактика бойынша таралудың статистикалық үлгісін жасайды. Бұл тәсіл шаңның өткізгіштігі төмен инфрақызыл диапазонда алынған деректермен бірге қолданғанда ерекше тиімді болады. Дәл осылай бүгінгі күнгі ең дәл каталогтардың бірі жасалды — «Спитцер» ғарыш телескопының бақылаулары негізінде.
3. «Гайя» миссиясының деректері. Еуропалық ғарыш агенттігі «Гайя» жасанды жерсерігін ұшырды, ол 2022 жылға қарай Млечный Путьтің 1,8 миллиардтан астам нысанының орнын және сипаттамаларын бұрын-соңды болмаған дәлдікпен картаға түсірді. Осы деректерді аспапқа қолжетімсіз аймақтарды ескере отырып бүкіл галактикаға экстраполяциялау жарық шоқтардың жалпы санының жаңа бағаларын береді.

Аталған тәсілдердің ешқайсысы да абсолютті дәл жауап бермейді — олардың әрқайсысы өзіндік жүйелік қателікті енгізеді. Дәл осы себепті ғылыми қауымдастық жалғыз санның орнына мәндер ауқымын пайдаланады.

Заманауи бағалаулар: 100-ден 400 миллиардқа дейін

Қазіргі астрофизикада қабылданған Млечный Путьтің жұлдыздар саны 100-ден 400 миллиардқа дейінгі аралыққа сыяды. Мұндай кең алшақтық ғылымның әлсіздігін емес, зерттеушілерге жұмыс істеуге тура келетін нақты белгісіздікті адал бағалауды көрсетеді.

Қорытынды бағалауды қалыптастыруға бірнеше негізгі фактор ықпал етеді:

• галактиканың жалпы құрамындағы қызыл ергежейлілердің үлесі — олар ең көп таралған, бірақ табуы да ең қиын нысандар;
• галактиканың жалпы массасын есептеу тәуелді болатын қараңғы материяның таралу үлгісі;
• бір жұлдыздың орташа массасы туралы болжамдар — ол Күн массасының оннан бірінен жүз есеге дейінгі өте кең аралықта өзгереді;
• аспанның әртүрлі учаскелеріндегі каталогтардың толықтылық дәрежесі — кейбір аймақтар егжей-тегжейлі зерттелген, басқалары іс жүзінде зерттелмеген.

Ең жиі келтірілетін мән — шамамен 200-250 миллиард жұлдыз — қисынды орташа бағдар болып саналады, дегенмен жаңа деректер жинақталған сайын ол да қайта қаралуы мүмкін.

Әртүрлі типтегі жұлдыздар: барлық жарық шоқтар бірдей емес

Галактика тұрғындарының басым көпшілігі бізге таныс Күнге мүлдем ұқсамайтынын түсіну маңызды. Біздің жұлдызымыз G типіне — орташа жарықтылықтағы сары ергежейлілерге — жатады және Млечный Путьтің нысандарының жалпы санынан тек аз бөлігін ғана құрайды.

Типтер бойынша таралу шамамен төмендегідей көрінеді:

1. M класындағы қызыл ергежейлілер. Олар галактиканың барлық жұлдыздарының шамамен 70-75 пайызын құрайды. Мұндай нысандардың массасы Күн массасының жартысынан аспайды, жарықтылығы өте төмен, ал өмір сүру ұзақтығы Ғаламның қазіргі жасынан — яғни оннан жүздеген миллиард жылдан — әлдеқайда асып кетеді.
2. K класындағы қызғылт сары ергежейлілер. Бұл тип таралу жағынан екінші орынды алады және жалпы саннан шамамен 12-14 пайызды құрайды. Мөлшері мен температурасы жағынан мұндай жарық шоқтар қызыл және сары ергежейлілер арасындағы аралық орынды алады.
3. Күн жататын G класындағы сары ергежейлілер. Олардың үлесі аз — шамамен 7 пайыз. Салыстырмалы сирек кездесетіндігіне қарамастан, дәл осы нысандар өмір сүруге жарамды жағдайлары бар планеталарды іздеудің үміткерлері ретінде жиі қарастырылады.
4. A, F, B және O класындағы неғұрлым массивті және жарық жұлдыздар. Жиынтығында олар жалпы саннан бірнеше пайызды ғана құрайды, алайда галактикалық иірімдердің көрінетін жарқырауына ең үлкен үлес қосатын дәл осылардың жарығы. Мұндай алыптардың өмірі қысқа — миллиардтардың орнына миллиондаған жылдар — және қуатты асқын жаңа жарылыстарымен аяқталады.

Осылайша, галактика ең жарқын массивті нысандардың сирек жарқылдарымен толықтырылатын тұнжыр ұзақ өмір сүрушілердің алып қауымдастығы болып табылады.

Млечный Путь басқа галактикалармен салыстырғанда

Біздің жұлдызды жүйеміздің масштабын астрономдар сырттан бақылайтын және сондықтан тікелей зерттей алатын басқа галактикалармен салыстыру арқылы түсінуге болады.

Жақын және алыс ғарыштан алынған бірнеше нақты мысал келтірейік:

• Млечный Путьтің серігі болып табылатын Үлкен Магеллан Бұлты карлик галактикасы шамамен 30 миллиард жұлдызды қамтиды — біздегіден жеті-сегіз есе аз;
• 2,5 миллион жарық жыл қашықтықтағы ең жақын ірі галактика Андромеда тұмандығы әртүрлі бағалаулар бойынша 800 миллиардтан бір триллионға дейін жарық шоқты қамтиды;
• IC 1101 галактикасы — осы түрдегі белгілі ең ірі нысандардың бірі — болжамды есептеулер бойынша шамамен 100 триллион жұлдызды қамтиды, Млечный Путьтен жүздеген есе асып түседі;
• біздің жүйені қоршаған ергежейлі серік галактикалар — олардың саны елудан астам — олардың әрқайсысы бірнеше миллион нысаннан ғана тұруы мүмкін.

Млечный Путь бақыланатын Ғаламның галактикалары арасында аралық орынды алады — ол ергежейлі жүйелердің басым бөлігінен ірі, бірақ белгілі алыптардың ең массивтілерінен айтарлықтай кем.

Біздің галактикадағы жұлдыздар санының мәселесі тек есептеу есебі ғана емес, заманауи астрономияның барлық күрделілігі бейнеленетін айнаға айналады. Бағалауды нақтылаудың әрбір қадамы жаңа аспаптарды, жаңа тәсілдерді және ғарыш құрылымына мүлдем өзгеше көзқарасты қажет етеді. Млечный Путьтің жұлдызды халқының едәуір бөлігі тікелей бақылаудан әлі күнге дейін шығып кетіп отыруы ерекше қызығушылық туғызады — демек нақты сан бүгін қалыптасқан пікірден де күрделі болып шығуы мүмкін. Бұл жағдайды мойындау ғылымның жетістіктерін кемітпейді, керісінше — болашақ зерттеушілердің жасауы тиіс жаңа ашылулардың болашағын ашады.