Печать

[фок Гюнце]

О, спасибо!
И еще напишу. Что-нибудь. Например, про нейтронные звезды.

[фок Гюнце]

Нейтронные звезды.

Я уже говорил - жизнь и судьба  звезды определяется в основном ее массой. Подавляющее большинство звезд имеют малую массу (относительно, конечно), живут долго (чем меньше масса, тем дольше живут) и заканчивают существование сравнительно тихо - вначале, когда водород в центре звезды заканчивается, начинают расти в размерах и превращаются в красные гиганты, потом внешние слои звезды улетучиваются в пространство, а внутренняя часть сжимается и начинает постепенно остывать ("белый карлик") и остывает миллиарды лет, пока не превращается в плотный и практически ненаблюдаемый объект.
Если же масса остатка звезды превосходит 1,4 массы Солнца, но недостаточна, чтобы после гибели превратиться в черную дыру, конец жизни звезды протекает бурно - гравитационные силы в центральной части такой звезды слишком велики, чтобы упругость материала могла им противостоять, электронные оболочки атомов разрушаются, и после бурного взрыва центральная часть превращается в нейтронную звезду.
Нейтронная звезда - объект, имеющий совершенно непредставимую конфигурацию. Ее масса превосходит массу Солнца - а диаметр равен пятнадцати-двадцати-тридцати километрам. В результате нейтронные звезды обладают колоссальной плотностью - как любят (и справедливо) говорить, чайная ложка нейтронной звезды весит более миллиарда тонн...
Нейтронные звезды имеют еще одно интересное свойство. Поскольку магнитное поле звезды при коллапсе никуда не девается, оно оказывается сосредоточенным в малом объеме вокруг нейтронной звезды, в результате чего оно превосходит магнитное поле, например, Земли, в триллионы раз. У нейтронных звезд с особенно мощным магнитным полем (магнетаров, о которых речь пойдет ниже) оно может превосходить земное и в квадриллион раз, так что у магнитных полюсов магнетара могут наблюдаться феноменальные явления, связанные с тем, что в таком поле энергия взаимодействия с ним электрона превосходит массу самого электрона. Пустое пространство у полюса магнетара имеет плотность (связанную с массой самого магнитного поля) побольше, чем у вполне осязаемых материалов.
Еще они, нейтронные звезды, быстро вращаются. Момент импульса первоначальной звезды при коллапсе почти никуда не пропал (кое-что передалось SNR - остатку сверхновой), а диаметр снизился, так что скорость вращения увеличилась. Самые быстрые нейтронные звезды вращаются со скоростями порядка 600-700 оборотов в секунду. Представьте себе шар диаметром двадцать километров, который совершает семьсот оборотов в секунду и скорость его поверхности на экваторе превышает пятьдесят тысяч километров в секунду...
Правда, излучая, нейтронная звезда в результате взаимодействия своего магнитного поля с излучением теряет вращательный момент, и ее скорость вращения медленно снижается. (Кстати, такой же процесс свойственен любой звезде - и поэтому звезды с возрастом снижают скорость вращения пропорционально квадратному корню своего возраста (закон Скуманича). На этом даже основан гирохронологический метод оценки возраста звезды).
Но что самое интересное - в остальном своей структурой нейтронные звезды вполне напоминают нашу Землю
Дело в том, что нейтронная звезда состоит из следующих слоев (начиная изнутри):
1. Ядро - скорее всего, твердое и состоит не из привычных частиц (протонов и нейтронов), а из их составных частей (кварков и глюонов), образующих особый сверхплотный конгломерат (нечто вроде чудовищной элементарной частицы).
2. Внешняя часть ядра - аналог земной мантии. Сверхтекучая (вот тут и есть отличие!) и сверхпроводящая нейтронная жидкость, смешанная с сверхпроводящей протонной жидкостью и раствором электронного газа.
3. Внутренняя кора толщиной до 1 км. Она является твердой и состоит из ядер атомов, между которыми свободно движутся нейтроны. Ее плотность уже пониже и превышает плотность, скажем, железа, примерно в 500 миллиардов раз...
4. Внешняя кора толщиной 200-300 метров. Она по составу напоминает сильно сжатую кристаллическую решетку металлов, почти все электроны могут свободно перемещаться от атома к атому. Твердая корка внешних слоев нейтронной звезды состоит из тяжёлых атомных ядер, упорядоченных в кубическую решетку, с электронами, свободно летающими между ними, чем напоминает земные металлы, но только намного более плотные (кубический сантиметр вещества внешней коры весит примерно тонну).
Интересно то, что внешняя кора нейтронной звезды составлена не из однородной кристаллической массы, а из кристаллических плит, что очень напоминает земную кору. А чтобы сходство было ближе, нужно упомянуть, что на нейтронных звездах могут происходить "землетрясения". Зафиксированы случаи внезапного ускорения их вращения ("глитчи"), связанного с тем, что после землетрясения диаметр нейтронной звезды уменьшался (на сантиметры).
А еще на поверхности нейтронных звезд есть рельеф - горные хребты (высотами до нескольких миллиметров, правда, очень пологие) и равнины. 
5. Атмосфера. Она состоит из сильно ионизированной высокотемпературной плазмы, простирающейся на сотни километров над поверхностью. Именно в ней зарождаются радиосигналы, которые являются отличительным признаком пульсаров. Сверхбыстрые заряженные частицы, двигаясь по спиралям вдоль магнитных силовых линий, дают начало разного рода излучениям. В одних случаях возникает излучение в радиодиапазоне электромагнитного спектра, в иных - излучение на высоких частотах. И что еще интереснее - на поверхности нейтронных звезд есть не только атмосфера, но и погода, связанная с ее состоянием.
Не правда ли, сходства больше, чем различий?
Ну, и кое-что об эволюции...

Еще раз повторюсь. Магнитное поле нейтронной звезды чрезвычайно велико. Оно вращается вместе с нейтронной звездой, при этом звезда излучает электромагнитные волны, теряет энергию, и ее вращение понемногу замедляется, что неплохо заметно при наблюдениях. Магнитное поле, разумеется, тоже постепенно уменьшается.
И вот по мере снижения скорости вращения нейтронной звезды изменяются наблюдательные эффекты, которыми она себя может проявлять для нас.
По этому признаку известны четыре стадии эволюции "обычных" нейтронных звезд.
1. Эжектор - "молодая" нейтронная звезда с большой скоростью вращения и сильным магнитным полем. Именно их мы воспринимаем как пульсары (радиопульсары).
Это - интересная стадия. Скорость вращения огромна, магнитное поле - тоже. Оно вращается вместе со звездой и удерживает заряженные частицы, порывающиеся вырваться с поверхности звезды. Однако из-за огромной скорости вращения на определенном расстоянии от поверхности звезды скорость вращения поля становится равной скорости света - и все. В этом месте силовые линии "наматываются друг на друга" и разрываются, и частицы, добравшиеся до этого расстояния, беспрепятственно улетают в космос. Поэтому такие звезды и называются эжекторами - они испускают (эжектируют) заряженные частицы, движущиеся с огромной, релятивистской скоростью и излучающие радиоволны.
2. Пропеллер - следующая стадия жизни нейтронной звезды. Скорость вращения снизилась, магнитное поле уже простирается на большое расстояние, обрыва силовых линий нет, и заряженные частицы теперь не могут покинуть звезду. Излучение исчезает, и наблюдать пропеллер становится очень трудно - в сущности, его можно заметить только по гравитационным эффектам.
3. Аккретор. На этой стадии скорость вращения и магнитное поле становятся такими слабыми, что заряженные частицы, которые до этого удерживались магнитным полем, начинают падать на поверхность нейтронной звезды (происходит аккреция вещества).
Они падают в районе магнитных полюсов (на участке размером порядка нескольких десятков метров), падающее вещество разогревается до миллионов градусов и излучает рентгеновские лучи. Участок, излучающий в рентгеновском диапазоне, вращается вместе со звездой, так мы его видим периодически (излучение "пульсирует"). Поэтому аккреторы описываются как рентгеновские пульсары.

Заметим, что старым аккретором является Дейне - точнее, нейтронная звезда, вокруг которой обращается видимый как Дейне коричневый карлик. К счастью, ее экватор совпадает с эклиптикой системы, и с поверхности Кэртианы магнитный полюс нейтронной звезды не виден. Зато виден нагретый его излучением участок коричневого карлика.

4. Георотатор - скорость вращения нейтронной звезды становится совсем малой, плазма из мирового пространства захватывается магнитным полем и не пропускается к поверхности нейтронной звезды (аналогично тому, что происходит на Земле, магнитное поле которой не пропускает заряженные частицы).

Но все это относится к обычной нейтронной звезде (что может быть обычнее простой и бесхитростной нейтронной звезды?). А есть куда более интересные варианты...
Если прогенитор ("прародитель") нейтронной звезды состоял из двух слившихся достаточно массивных звезд, претерпевших слияние в достаточно зрелом возрасте (скажем, в результате слияния двух звезд в бывшей изначально не очень тесной двойной системе) - такая конфигурация называется забавно: голубая  отставшая - то внутренняя область получившейся звезды оказывается весьма быстро вращающейся - ведь звезда наследует суммарный орбитальный момент обеих прародителей - и очень турбулентной, что способствует возникновению весьма мощного магнитного поля.
Если от слияния до коллапса проходит относительно немного времени (порядка миллионов лет), ни турбулентность, ни высокая скорость вращения ядра не успевают заметно снизиться, и в результате основная часть весьма мощного магнитного поля прогенитора остается "вмороженной" в резко уменьшившуюся в размерах (до двух с небольшим десятков километров) нейтронную звезду.
В результате коллапс происходит с особенностями. В первые несколько секунд после взрыва сверхновой во все еще сверхгорячей юной нейтронной звезде создается сверхсильное магнитное поле. Потом нейтронная звезда "остывает" (до миллионов градусов), в ней прекращается конвекция, и магнитное поле, превосходящее поле обычной нейтронной звезды на несколько порядков, остается "вмороженным" в звезду, которая, я напомню, в значительной своей части - не просто проводник, а сверхпроводник.
В результате магнитное поле такой звезды может оказаться, повторюсь, в тысячи раз более сильным, чем у "простой" нейтронной звезды (а напомню, у обычных нейтронных звезд оно и так является колоссальным). Именно такие нейтронные звезды с особенно мощным магнитным полем именуются магнетарами. Их магнитные поля могут превосходить магнитное поле Земли в квадриллион раз и, насколько известно, являются мощнейшими во Вселенной. Достаточно сказать, что у рекорсмена по напряженности магнитного поля, SGR 1806-20, который я как-то упоминал, она превосходит земную в квадриллион раз - и кубометр пустого пространства у его магнитных полюсов весит четыре миллиона тонн. За счет энергии магнитного поля.
И вот тут начинаются чудеса. Такое магнитное поле вращающегося (и быстро - несколько оборотов в секунду при диаметре в два десятка километров!) объекта оказывается неустойчивым, да еще при этом воздействует на кору магнетара с колоссальной силой. В какой-то момент может происходить "опрокидывание" поля, сопровождающееся мощнейшим всплеском энергии. В результате в пространство выбрасывается огромное количество гамма-лучей, которые, в принципе, могут угрожать жизни на расстояниях в многие десятки световых лет, а наблюдаются - в тысячах.
Энергия вспышки за несколько секунд может превзойти излучение Солнца за тысячелетия.
После этого эксцесса такой магнетар успокаивается и до поры до времени ведет себя более или менее вменяемо. А потом происходит новая гамма-вспышка...
Именно за эту неприятную особенность периодически, раз в несколько месяцев или лет выбрасывать в окружающее пространство мощные взрывообразные потоки гамма-лучей, подобные объекты назвали мягкими гамма-репитерами (мягкими - потому что длина волны гамма-лучей не слишком мала).
О масштабах вспышки мягкого гамма-репитера рассказывать интересно. Скажем, о самой сильной вспышке того же SGR 1806-20. Он находится на противоположной от нас стороне Млечного пути, в пятидесяти тысячах световых годах от Солнца. В самом конце дня 27 декабря 2004 года на его поверхности произошел очередной катаклизм. Если бы мы обладали зрением в гамма-диапазоне, мы бы его увидели, причем очень хорошо - он с противоположного конца галактики светил в гамма-диапазоне ярче, чем Луна нам в видимом свете. Тогда мощности вспышки хватило на то, чтобы с этого огромного расстояния ионизировать ночью ионосферу Земли сильнее, чем Солнце ионизирует ее днем.
Энергия, излученная с поверхности двадцатикилометрового объекта за несколько десятков миллисекунд, была равна полной энергии, излучаемой Солнцем за сто тысяч лет.
Мило... Если бы этот мягкий гамма-репитер находился не в 50000 световых годах, а на месте Сириуса, мы бы, как любезно рассказывает нам популярная литература, остались и без ионосферы, и без любезного сердцам человеческим озонового слоя. А если не читать популярную литературу, а аккуратно посчитать - то станет совсем грустно: для любого из нас взрыв гамма-репитера с расстояния в десять световых лет был бы равносилен взрыву термоядерного боеприпаса мощностью в 12 килотонн с расстояния в 7,5 километров.
К счастью, таких объектов немного - на сегодняшний день, 28 декабря 2020 года, магнетаров каталогизировано ровным счетом тридцать (из них шесть не до конца подтверждены), из них достоверных SGR - мягких гамма-репитеров - 12 (и четыре кандидата). Ближайший из них - на расстоянии   около шести тысяч световых лет, так что с этой стороны нам ничто не угрожает.
Бурная жизнь гамма-репитеров длится не слишком долго. При каждой вспышке они теряют энергию, заодно иногда теряя заодно целые куски коры, образующие вокруг них кольца пыли, их магнитное поле ослабляется, и через несколько тысяч или десятков тысяч лет оно становится недостаточным для генерирования дальнейших гамма-вспышек. Мягкий гамма-репитер становится "обычным" магнетаром, а позже - обычной нейтронной звездой типа пропеллера или эжектора (радиопульсара).

[фок Гюнце]

Ну, и немного - о Солнце. А то неправильно получается: про устройство нейтронной звезды рассказал, а про устройство нашего родного Солнца - нет.

Внутренняя часть Солнца - ядро, в настоящее время имеющее радиус примерно 175 тысяч километров (около 20% радиуса Солнца). Ядро - это зона, в которой протекают термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий, накапливающийся в ядре.
Температура ядра доходит до 13,5 миллионов градусов, плотность - до 150 тонн на кубометр (в 150 раз выше плотности воды), ежесекундно в нем преобразуются в энергию более четырех миллионов тонн вещества, обеспечивая свет нашей звезды - и при этом удельное тепловыделение на единицу объема даже в центре Солнца (276,5 Вт/м³) на порядок меньше удельного тепловыделения бодрствующего взрослого человека.
Это еще ничего - в центре маленьких красных карликов удельное тепловыделение на один кубометр меньше, чем  тепловыделение мобильного телефона. Им хватает. 
Раньше ядро было меньшим - вообще, как и положено любой звезде, в процессе нахождения на главной последовательности ядро постепенно растет (в центре накапливается гелий, интенсивность водородных реакций в нем снижается, зато они начинаются во внешних слоях ядра, увеличивая его диаметр. В результате немного растет тепловыделение Солнца, и за последние четыре миллиарда лет оно выросло без малого на треть. Да... раньше солнышко светило не так ярко...   
В ходе термоядерных реакций в ядре рождаются гамма-кванты, которые пускаются в долгое странствие по недрам звезды, захватываясь его веществом и переизлучаясь в виде фотонов меньших энергий. Каждый гамма-квант путешествует по Солнцу сотни тысяч и миллионы лет, по прошествии которых с поверхности Солнца вырывается несколько миллионов фотонов видимого света, являющихся его потомками.
Следующая зона Солнца - зона лучистого переноса, расположенная над ядром. В этой зоне газ сжат давлением вышележащих слоев звезды настолько плотно, что соседние атомы не могут поменяться местами, из-за чего перенос энергии путем перемешивания вещества очень затруднен. Дополнительные препятствия для перемешивания вещества создает низкая скорость убывания температуры по мере движения от нижних слоёв к верхним, которая обусловлена, прежде всего, высокой теплопроводностью водорода. Прямое излучение наружу также невозможно, поскольку водород непрозрачен для излучения, возникающего в ходе реакции ядерного синтеза. Перенос энергии происходит преимущественно за счет последовательного поглощения и переизлучения пришедших из ядра гамма-квантов отдельными слоями частиц. В среднем, процесс переизлучения фотона в этой зоне, от того момента, когда гамма-квант добирается до ее нижней границы, до того, как его потомки покинут верхнюю, длится около ста семидесяти тысяч лет. Эта зона тянется до 0,7 радиуса Солнца.
Выше зоны лучистого переноса располагается конвективная зона. В этой зоне благодаря меньшему давлению и плотности вещества развивается конвекция, эффективно переносящая энергию к поверхности звезды. Толщина зоны составляет более двухсот тысяч километров, по мере поднятия в ней вещество остывает до 5800 градусов, в результате конвективного подъема заряженного вещества формируется характерная грануляция поверхности Солнца и сложная структура его магнитного поля.
Над конвективной зоной располагается фотосфера - тонкий трехсоткилометровый слой, в котором излучаются все фотоны видимого света, покидающие Солнце. Именно она является видимой нами поверхностью Солнца. Ее температуру (в среднем 5778 К) мы считаем температурой поверхности Солнца.
Над фотосферой располагается почти прозрачная и не видимая в обычных условиях хромосфера - область очень низкой плотности, простирающаяся над фотосферой на высоту примерно до десяти тысяч километров. Температура и разреженность хромосферы с высотой растут, так что в ее верхних слоях температура достигает 20000 К. Она имеет ярко-красный цвет, определяемый излучением водорода с длиной волны 656,3 нм.
Над хромосферой протирается солнечная корона - она весьма разрежена и в основном состоит из протуберанцев и выбросов вещества, поднимающихся на несколько сотен тысяч, а иногда, и более миллиона километров и переходящих в солнечный ветер. Средняя температура короны составляет один-два миллиона градусов, но во время активных выбросов может доходить до двадцати миллионов.
Парадокс роста температур внешних оболочек (хромосферы и короны) частично объясняется их нагревом переменным магнитным полем, а в основном, как это ни покажется странным, обусловлено акустическими колебаниями поверхности Солнца (корона нагревается звуковыми волнами, излучаемыми с солнечной поверхности).

Следует заметить, что описанный порядок следования внутренних слоев звезды не является универсальным и характерен только для звезд массы, близкой к массе Солнца. У красных карликов класса М давление внутри недостаточно велико, чтобы воспрепятствовать конвекции, поэтому в них зона лучистого переноса отсутствует, и весь объем звезды, начиная от ядра, участвует в конвективном движении, формируя единую конвективную зону. Именно этим объясняется столь бурная вспышечная активность красных карликов. Это же, замечу, характерно для красных гигантов любой массы в позднем возрасте. Конвективное перемешивание вещества приводит к тому, что химический состав красных звезд (поздних спектральных классов) является однородным по объему и по всей глубине звезды - кстати, это дополнительно способствует долголетию красных карликов.
У звезд массы более 1,1 солнечной температура ядра оказывается достаточной, чтобы в нем начались реакции синтеза гелия с участием углерода, роль которого сходна с ролью катализатора (углеродный цикл). В результате в самом центре ядра температура оказывается очень высокой, и благодаря интенсивному тепловыделению в ядре возникает конвекция (формируется внутренняя конвективная зона). Выше конвекция подавляется, так что строение звезды ближе к поверхности становится сходным с солнечным - дальше идут зона лучистого переноса и внешняя конвективная зона.
С увеличением массы радиус внутренней конвективной зоны растет, и у звезд массой более 1,4 солнечной она уже занимает все ядро. Тепловыделение в ядре при этом оказывается настолько большим, что вся энергия переносится наружу лучистым переносом без конвекции. У таких звезд зоны конвекции и лучистого переноса "меняются местами".

Звезды большой массы характеризуются сложным и существенно меняющийся по глубине химическим составом. Для них характерны слоевое горение (на разных глубинах происходят различные ядерные реакции - ближе к центру при весьма высоких температурах и давлениях протекают реакции с участием более тяжелых элементов (скажем, углерода, кислорода, неона и магния), на меньших глубинах, при менее высоких температурах и давлениях - реакции менее тяжелых элементов с меньшим тепловыделением. Для таких звезд характерны весьма сложные функции тепловыделения и теплопередачи в зависимости от радиуса слоя - и, соответственно, их структура напоминает луковицу с попеременно сменяющими друг друга и взаимно перемешанными (а еще и подчас нестационарными!) зонами тепловыделения, теплопередачи, конвекции, чередующимися по мере удаления от центра.

[фок Гюнце]

И просто - интересные факты о нашем мире.

Все звезды, планеты и прочее видимое взглядом вещество Вселенной составляет, скорее всего, около половины процента (может - одного процента) ее массы. Почти три четверти массы Вселенной - это темная энергия, обеспечивающая ее расширение, а более восьмидесяти процентов остатка - темная материя, состав которой пока достоверно неизвестен, потому что она ни с чем не взаимодействует, является бесстолкновительной и проявляет себя только своей гравитацией.

Масса всей колоссальной наблюдаемой Вселенной, всей ее темной энергии, а также темной и видимой материи - словом, всего мира, находящегося в пределах нашего познания - равняется массе железного шара радиусом от Солнца до Сириуса. А масса нашей гигантской Галактики равна массе железного шара диаметром примерно 5,7 миллиарда километров - лишь на четверть больше радиуса орбиты Нептуна.

Галактики, как и материя в целом, во Вселенной распределены неравномерно - Вселенная имеет ячеистую структуру. Почти половину объема Вселенной составляют пустоты, так называемые войды, а стенки между ними формируются плоскими вытянутыми филаментами - гиперскоплениями галактик с размерами в сотни миллионов световых лет, часто состоящими из сверхскоплений, которые, в свою очередь, состоят из скоплений галактик. Ячеистая структура Вселенной сформирована акустическими колебаниями (а проще говоря, звуковыми волнами), распространявшимися в раскаленной сверхплотной плазме вскоре после Большого взрыва. В момент рождения (после завершения эры инфляционного расширения) каждая такая волна, впоследствии породившая гиперскопление галактик, имела длину несколько микрон - на двадцать пять порядков больше горизонта событий (части Вселенной, связанной с данной точкой причинной связью, то есть, "доступной наблюдению", имеющей диаметр, равный произведению возраста Вселенной на скорость света).

Находясь в примерно сорока процентах мест Вселенной, человек видел бы вокруг себя абсолютно черное небо без единой светящейся точки - в глубине войда любые источники света удалены настолько, что невооруженным глазом человек их видеть не способен.

Галактики - это вовсе не скопления звезд, как обычно считают. Галактикой считается скопление барионной (видимой) материи, характеристики которого не могут быть объяснены сочетанием этой самой видимой материи и ньютоновских законов гравитации, а определяются наличием значительной массы темной материи. То есть, в конечном итоге, галактикой называется скопление темной материи, а звезды и всякие прочие привычные атрибуты галактики - это уже вторично. Существуют и известны "невидимые" галактики, в которых практически нет звезд. Теоретически, возможны карликовые галактики, состоящие только из звезд, но такие на практике не обнаружены.

В наблюдаемой части Вселенной находятся триллионы галактик. При этом подавляющее большинство (около девяноста процентов) современных галактик имеет светимость, меньшую светимости любой звезды класса О.

Как правило, чем более крупной является очень большая галактика, тем меньше времени потребовалось для ее образования (даунсайзинг).

Расстояние между звездами в окрестности Солнца (области Галактики, считающейся достаточно густонаселенной) соотносится с размерами самих звезд примерно так же, как расстояние между Красной и Дворцовой площадями - с размерами лежащих на них двухрублевых монет. Это, кстати, помогает ощутить прелести межзведных перелетов. Если не помогает ощутить, то напомню, что межзвездное пространство с точки зрения физики явлется не вакуумом, а газовой средой, и многие звезды двигаются в ней со сверхзвуковой скоростью. Солнце еще недавно тоже двигалось в газовой среде со сверхзвуковой скоростью, но несколько лет назад попало в "попутное" течение газа и теперь скорость Солнца в межзвездной среде меньше скорости звука.

Температура межзвездного газа, как правило, заметно выше температуры находящихся в нем звезд и составляет десятки и сотни тысяч градусов.

Межгалактическое пространство - также газовая среда, и многие галактики тоже двигаются в ней со сверхзвуковой скоростью. Иногда удается обнаружить ударные волны, которые расходятся от движущейся со сверхзвуковой скоростью галактики.

Температура межгалактического газа намного выше температуры звезд и межзвездной внутригалактической среды (миллионы, десятки, а подчас - сотни миллионов градусов). Поэтому правильная картина мира выглядит так: безбрежный океан горячего разреженного газа, в который вкраплены относительно теплые галактики, в которых находятся холодные звезды.

Удельное количество энергии, выделяющейся в единице объема при термоядерных реакциях в центре Солнца, в десяток раз уступает удельному тепловыделению бодрствующего взрослого человека. Этого хватает для нагрева солнечного ядра до 13,5 миллионов градусов и обеспечения Солнца всей излучаемой им энергией.

Наша Вселенная очень молода - она родилась менее четырнадцати миллиардов лет назад, ее нынешнее состояние будет длиться в квадриллионы квадриллионов раз дольше, а вещество в ней будет сохраняться более 10^106 лет. Наша Вселенная уже стара - за последние одиннадцать миллиардов лет темп звездообразования в ней снизился примерно в пятьдесят раз. К сегодняшнему дню в мире уже образовалось около девяносто пяти процентов от полного количества звезд, которые существовали, существуют или будут существовать в течение всего срока жизни Вселенной, и в будущем, в течение последующих квадриллионов и дециллионов лет, родится лишь пять процентов от всех звезд, которые появились от момента рождения Вселенной до настоящего времени.

[фок Гюнце]

И немного хронологии - что было, что будет, чем сердце успокоится. Сиречь, об истории и будущем Вселенной.

Всю историю Вселенной можно разделить на несколько эр. Дальше указывается время, прошедшее от момента возникновения Вселенной до начала и завершения каждой эры.

1. Эра инфляционного расширения. Началась, ориентировочно, спустя 10^-43 секунды после Большого взрыва, то есть, в момент, когда понятие времени и его промежутков приобрело физический смысл. Закончилась примерно спустя 10^-31 секунды. В течение этого времени под действием своеобразного уже не существующего физического поля (инфлатонного) Вселенная расширялась в чудовищном темпе, превосходящем темп современного расширения  по оценкам, минимум, на шестьдесят порядков. К моменту завершения эры Вселенная была холодной и пустой - заполненной только все интенсивнее рождающимися инфлатонами - квантами инфлатонного поля. И в этот момент произошел распад ложного вакуума - неустойчивого состояния пространства - и холодная Вселенная почти мгновенно заполнилась рожденными в этом процессе парами элементарных частиц, вызвавшими нагрев Вселенной  до сверхплотного и сверхгорячего состояния. Именно в этот момент в силу своеобразных особенностей распадающегося и порождающего частицы инфлатонного поля в образовавшейся сверхплотной раскаленной плазме возникли слабые неоднородности - акустические колебания с длиной волны в несколько микрометров, породившие в будущем современные гиперскопления галактик.

2. Эра электрослабого объединения. 10^-31 c - 10^-12 c. Вселенная расширяется, плотность ее энергии падает, гравитационное взаимодействие отделяется от остальных, слабое и электромагнитное взаимодействия представляют собой единое целое, проходит аннигиляция слабо взаимодействующих частиц. Вселенная заполнена равномерной взвесью всех возможных частиц и античастиц, причем в это время они еще не имеют массы. Из-за нарушения комбинированной четности (то есть, странного свойства слабого взаимодействия протекать для частиц и античастиц с разной интенсивностью) количество частиц начинает превышать количество античастиц. В конце эры рождаются кварки и современные лептоны, античастицы начинают аннигилировать с частицами, рождая фотоны. Небольшой избыток частиц над античастицами, появившийся из-за нарушения комбинированной честности (примерно одна миллиардная), позже сохранится - они станут современным веществом. К слову сказать, отношение количества частиц к количеству фотонов является одним из основных параметров, позволяющих проверить правильность любой модели ранней Вселенной.

3. Кварковая эра. 10^-12 - 10^-6 с. Элементарные частицы приобретают массу. Все четыре фундаментальных взаимодействия разделяются. Вселенная заполнена кварками, глюонами (переносчиками сильного взаимодействия), лептонами и фотонами. Продолжается процесс аннигиляции.

4. Адронная эра. 10^-6 с - 1 с. Адроны и лептоны активно рождаются и аннигилируют. Происходит аннигиляция антикварков с сохранением избытка кварков. К концу эры энергия падает настолько, что кварки начинают сливаться в знакомые нам элементарные частицы - адроны (протоны, нейтроны и им подобные).

5. Лептонная эра. 1 с - 3 минуты. Заканчивается аннигиляция слабо взаимодействующих античастиц, окончательно формируется избыток частиц. Из-за падения плотности Вселенной нейтрино перестает взаимодействовать с веществом (происходит отделение нейтрино от остального вещества или, что то же самое, Вселенная становится прозрачной для нейтрино). К концу эры температура падает настолько, что протоны и нейтроны перестают превращаться друг в друга, и появляется избыток более легких протонов и распад нейтронов.

6. Барионная эра. 3 минуты - 380 000 лет. Начинается синтез ядер гелия, дейтерия и, в ничтожном количестве, лития. Из-за неустойчивости образующегося ядра лития-5 рождение остальных атомных ядер невозможно.
В середине эпохи (оценочно спустя 75 тысяч лет после Большого взрыва) произошло отделение темной материи от барионной, сыгравшее важную роль в формировании современной структуры Вселенной. Об этом процессе:

Выше сказано, что в первые мгновения, секунды, минуты и даже годы жизни Вселенной длина звуковой волны в сверхгорячей и сверхплотной плазме, образовавшейся в конце инфляционной эры, оказывалась больше величины горизонта (то есть, произведения скорости света на время, прошедшее с момента образования Вселенной). А это означало, что в любой области пространства плотность можно было бы считать постоянной - она просто не успевала измениться за время существования мира. Только позже, спустя тысячелетия, по мере расширения пространства, размер горизонта оказался большим, чем длина звуковой волны - и только начиная с этого времени, можно считать, что звуковые волны начали распространяться в пространстве (как говорят, "волны плотности начали входить под горизонт событий").
Начиная с этого момента, распространение звуковых волн стало сопровождаться неожиданным эффектом. Мы знаем, что Вселенная нынче (да и в те времена тоже) состоит (и состояла) из темной материи и видимой (барионной) материи, причем темной материи в несколько раз больше, чем видимой. До поры до времени они (темная и видимая материя) спокойно существовали в расширяющемся мире и, что весьма вероятно, имели более или менее одинаковую плотность энергии (температуру). Однако как только плотность материи в любом видимом объеме пространства стала изменяться (звуковые волны начали входить под горизонт) - ситуация изменилась. Видимая (барионная) материя взаимодействует с электромагнитным излучением (потому, собственно, она и видимая), а темная материя с ним не взаимодействует (ибо темная). В результате плотность темной материи в волне сжатия могла расти  - под действием собственной гравитации более плотная материя сжималась еще сильнее, и в результате амплитуда колебаний плотности темной материи со временем, по мере распространения звуковых волн, повышалась, то есть, темная материя в местах своего уплотнения сжималась все сильнее, постепенно формируя типичную картину звуковых волн, которые усиливались, создавая в пространственном распределении темной материи "впадины" (разрежения) и окружающие их "уплотнения" (будущие пустоты - войды - и филаменты - "великие стены", гиперскопления).
А вот видимая материя вела себя иначе. Стоило ей начинать уплотняться - она нагревалась, излучала еще больше фотонов, и давление фотонов, которые в те времена активно взаимодействовали с горячей плазмой, начинало препятствовать сжатию.
Соответственно, начиная с какого-то момента видимая и темная материя разделились - плотность видимой материи изменялась незначительно, так что она оставалась распределенной почти равномерно, а плотность темной - значительно, так что она начала формировать сгущения и разрежения. Заодно и температура темной материи начала падать быстрее, чем видимой.
Процесс разделения, начавшийся спустя 75 тысяч лет после формирования Вселенной, длился до конца барионной эры - и к ее завершению темная материя уже сформировала вполне заметную структуру пустот, окруженных стенками (представлявшими собой сами звуковые волны и впоследствии ставших гиперскоплениями галактик) - то, что называется крупномасштабной структурой Вселенной - а плотность видимой материи колебалась очень слабо из-за взаимодействия с фотонами.
И вот тут произошло еще одно ключевое событие. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура видимой материи упала настолько, что она перестала взаимодействовать с фотонами (стала прозрачной). Этот момент называется временем рекомбинации и хорошо известен по своему наблюдаемому следствию - в этот момент появилось реликтовое фоновое излучение то есть, фотоны с температурой почти три тысячи градусов пустились в бесконечное странствование по миру (сейчас вследствие расширения Вселенной их температура упала до 2,725 градуса Кельвина, а количество их осталось весьма внушительным - более четырехсот пятидесяти штук на каждый кубический сантиметр Вселенной).
Именно с этого момента уже ничто не препятствовало сжатию видимого вещества - оно стало прозрачным, и теперь давление света на него практически не воздействовало - и это сжатие начало происходить под влиянием притяжения темной материи, начавшей сжиматься в ячеистую структуру намного раньше.

К концу эпохи температура Вселенной упала до трех тысяч градусов, образовался нейтральный водород, началось сжатие видимой материи под действием гравитации уже распределенной в раннюю крупномасштабную структуру темной материи.
Это - самый ранний момент жизни Вселенной, который теоретически можно было бы наблюдать в телескоп (соответствует красному смещению z=1100). Впрочем, в виде реликтового излучения мы наблюдаем его постоянно.

7. Эра Темных веков. 380 000 - 150 миллионов лет(красное смещение от z=1100 до z=20). Вселенная продолжает расширяться и остывать. В это время она почти равномерно (с учетом все растущих достаточно интересным образом и распространяющихся акустических волн темной и барионной, то есть, видимой, материи, заполнена водородом, гелием, дейтерием и фотонами реликтового излучения. К концу эпохи начинается формирование крупных структур (звезд, галактик и пр.).

8. Эра реионизации. 150 миллионов - 1 миллиард лет (красное смещение от z=20 до z=6). Образуются первые звезды (типа населения III, не дожившие до нашего времени), квазары, галактики, скопления и сверхскопления галактик. Излучение звезд (а первые звезды в силу определенных физических особенностей водорода и гелия (а других элементов, так называемых металлов, в мире еще не было - они образовывались именно в первых звездах), формировались только гигантскими, жили недолго и излучали весьма энергично)  и молодых активных ядер галактик - квазаров - приводит к вторичной ионизации (реионизации) водорода, а потом и гелия. Этот эффект хорошо наблюдается в спектрах очень далеких объектов. Реионизированный газ нагревается, рост галактик небольшого размера в результате прекращается (их относительно небольшая гравитация неспособна ни захватить горячий газ, ни удержать нагревшийся имеющийся), в то время как массивные галактики в силу своей большой гравитации захватывать горячий газ способны - в результате большие галактики продолжают расти, а малые прекращают. Это имеет очень интересное название - "эффект Матфея" - по цитате из Евангелия от Матфея "Ибо всякому имеющему дастся и приумножится, а у неимеющего отнимется и то, что имеет". Результатом является хорошо заметное бимодальное распределение галактик по массе, о котором я говорил - практически все галактики являются или карликовыми, или гигантскими, промежуточных вариантов немного (немногочисленные галактики промежуточной массы появились позже, образовавшись из карликовых галактик благодаря удачным множественным мерджингам).     

9. Эра вещества. От 10^9 до 10^34...10^43 лет. Современная эпоха.

Подробнее о ее будущем:
Спустя:
- 1 000 000 000 000 лет - во Вселенной фактически прекратится  звездообразование в связи с исчерпанием в существующих галактиках запасов свободного газа. Оно, собственно, и так за последние одиннадцать миллиардов лет сократилось примерно в пятьдесят раз;
- 2 000 000 000 000 лет - все галактики, кроме гравитационно связанной с нами группы Местного скопления, удалятся за горизонт событий. Не у кого будет фиксировать красное смещение и исчезнут ощутимые доказательства Большого взрыва и текущего расширения Вселенной (кроме, разве что, реликтового фона). Мы-то будем знать, как все на самом деле было, а вот у новых цивилизаций космология просто не сможет появиться. Правда, современная астрономия утешает тем, что и в этом печальном случае способ узнать про расширение Вселенной все же существует - из наблюдения звезд, покинувших Галактику;
- 20 000 000 000 000 лет - погаснет последняя из существующих сегодня звезд;
- 100 000 000 000 000 лет - погаснет последняя активная звезда. В черной Вселенной останутся только черные дыры, нейтронные звезды, остывшие белые и коричневые карлики и планеты;
- 100 000 000 000 000 000 000 лет - "испарение" галактик - в результате случайных гравитационных возмущений при сближениях друг с другом, мертвые остатки звезд будут в подавляющем большинстве выброшены из галактик и рассеяны по космическому пространству;
- 3х10^43 (30 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) лет - максимальный срок существования протонов и нейтронов во Вселенной исходя из условий все того же нарушения комбинированной четности. После этого срока во Вселенной будет уничтожено все вещество, кроме черных дыр.

10. Эра черных дыр До 5х10^106 лет. Все вещество Вселенной, кроме черных дыр, распадается и Вселенная содержит только черные дыры и очень холодное излучение. В результате квантового испарения черных дыр (процесс Хокинга) черные дыры медленно исчезают, рождая излучение и частицы, которые в свою очередь неторопливо распадаются, рождая все тех фотоны и нейтрино.
Об испарении черных дыр - подробнее:

Из-за квантовых явлений мощное гравитационное поле вокруг горизонта событий черной дыры порождает пары виртуальных частиц (частица-античастица). В норме это происходит всегда и остается совершенно ненаблюдаемым - как родилась пара, так она и пропала при аннигиляции рожденных виртуальных частиц друг с другом. Но в случае черной дыры при рождении такой пары около горизонта событий одна из виртуальных частиц может "упасть" в него - а вторая становится реальной и улетает. В результате около черных дыр может непрерывно рождаться излучение, уменьшающее их массу.
Мощность такого излучения зависит от кривизны пространства вокруг черной дыры, вернее, от ее градиента, и оказывается тем большей, чем меньше масса черной дыры. По расчетам, на нынешнем этапе развития Вселенной мощность (и температура) излучения черных дыр с массами порядка звездных (а тем более, более крупных сверхмассивных черных дыр) намного ниже мощности и температуры реликтового излучения, так что черные дыры с такими параметрами пока только растут, поглощая первичные фотоны. Но спустя сотни миллиардов лет, когда температура реликтового излучения упадет, черные дыры начнут излучать больше, чем поглощать, и начнется квантовомеханическое испарение черных дыр.
Характер испарения черных дыр достаточно интересен - раз мощность излучения растет с уменьшением ее массы, скорость испарения, соответственно, с течением времени растет по мере нарастания самого процесса. Теоретически, черная дыра уникально малой массы в миллиард тонн (масса сравнительно небольшого астероида) испаряется за время порядка десяти миллиардов лет, а массой в сто тонн - менее, чем за одну десятую секунды. Кстати, неплохой результат - за одну десятую секунды выделяется энергия, соответствующая ядерному взрыву в 25 гигатонн, а за предшествующие сто секунд - еще на порядок большая.
Для удобства расчета могу посоветовать формулу:
Время жизни черной дыры до ее полного испарения составляет
10240 π^2 G^2 M^3/(hc^4)
где π - число пи. Примерно 3,1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679821480865132823
G - гравитационная постоянная, 6,675·10^-11 м^3/(с^-2·кг):
M - масса черной дыры в килограммах;
С - скорость света, 299792458 м/с;
h - постоянная Планка, 6,626·10^-34 Дж·c

Приближенно можно пользоваться формулой
Т = 10 (М/1 000 000 000 000)^3
где Т - время в миллиардах лет, М - масса черной дыры в килограммах.
За указанное время черная дыра данной массы полностью испаряется.
 

   

11. Эра вечной тьмы. После 5х10^106 лет. Спустя несколько десятков куаттуортригинтиллионов лет после рождения Вселенной распадаются последние черные дыры, исчезает вещество и во Вселенной остается только излучение, температура которого вечно падает до абсолютного нуля.

[Gileann]

Спасибо, эр Гюнце. Как всегда, безумно интересно.
Хорошо, все-таки,что нам посчастливилось жить в девятую эпоху. Боюсь, что в предыдущие эпохи мне было бы слишком жарко, а в последующие эпохи - слишком холодно. К тому же в эру черных дыр было бы небезопасно путешествовать из-за постоянной угрозы провалиться. А уж в эту вечной тьмы это стало бы практически неизбежным, если не таскать постоянно с собой фонарик

[фок Гюнце]

/*Грустно*/ В первые шесть-семь эр жить негде. Ни галактик, ни звезд,  а если в седьмую эру где что-то завелось - то уж планет нет точно. Какие планеты, если ничего, кроме водорода с гелием, не завезли. Опять же, жарко...
В восьмую эру жить опасно. Эра реионизации - это жуткое время: вокруг сплошные сверхновые, квазары, блазары и такие кошмарики (темные звезды, квазизвезды, события прямого холодного коллапса), что их даже издалека наблюдать страшно. И тесно - Вселенная же еще как следует не расширилась, и места в ней намного меньше, чем сейчас.
В эру черных дыр жить тоже неудобно: человеку трудно жить, когда все составляющие его частицы распались, и осталось одно излучение. Да и негде - звезды с планетами тоже распались Одно утешение - Вселенная к этому времени расширится настолько, что от дыры до дыры не доберешься, и, скорее всего, находясь у одной дыры другую не увидишь - она ушла за горизонт событий.
Ну, а в последнюю эру жить просто скучно...
 
 

[Gileann]

Резюме: живите эры в свою эру!

[фок Гюнце]

Все равно в другие не получится!

[фок Гюнце]

/*Полуоффтопично*/  А знаете, что ответ на вопрос, какая галактика является ближайшей к нам (в смысле, к каждому из нас) является не слишком тривиальным?

В принципе, казалось бы, на этот вопрос есть более или менее прямой ответ: карликовая галактика Большого Пса. Она удалена от центра Млечного пути на 42 тысячи световых лет и является ближайшим  к нашей Галактике известным спутником. Кстати,  в результате столь тесного соседства она потеряла уйму украденного нашей Галактикой материала и почти разрушена - умыкнутые у нее звезды образуют звездный поток, опоясывающий нашу Галактику в три оборота.

Подумав, можно сообразить, что в вопросе есть подвох, и ответить, что все же наша Галактика к нам ближе.

Если еще подумать, окажется, что подвох никуда не пропал: от нас с вами центр нашей собственной галактики Млечный путь находится на расстоянии в 26,6±0,5 тысяч световых лет, а центр карликовой галактики Большого Пса - в 25 тысячах световых лет. Он к нам  ближе.

Ну, а если еще подумать - стоит переспросить, что вопрошающий считает галактикой. И вот почему.
 В 14,5 тысячах световых годах от нас, намного ближе и центра Млечного пути, и карликовой галактики Большого Пса, в самой нашей Галактике находится объект, именуемый 47 Тукана. Известен он давно - и отродясь считался шаровым звездным скоплением. Крупным - вторым по размеру (среди известных) в нашей Галактике
А недавно к нему присмотрелись внимательно и начали изучать динамику и состав звездного населения. И обнаружили интереснейшие вещи:
- в центре 47 Тукана имеется черная дыра. То, чего никак не должно быть в шаровом скоплении - но что почти наверняка найдется в любой галактике. Причем, дыра эта невелика (для центральной дыры галактики, разумеется), всего 2200 солнечных масс - но для "простой" черной дыры звездных масс это уже запредельный размер. То есть, это - редчайший, трудный для наблюдения вид черных дыр, черная дыра промежуточной массы (промежуточной между дырами звездных масс и сверхмассивными центральными черными дырами галактик).
- 47 Тукана имеет бимодальное распределение звезд по возрасту и металличности (самые древние звезды имеют возраст 13 миллиардов лет - больше возраста Млечного пути). Такого у единовременно образовавшихся шаровых скоплений быть не должно - зато характерно для галактик. Родилась галактика, пожила со своими звездами, потом в ней по тем или иным причинам произошла вспышка звездообразования, затем она закончилась - и имеется бимодальное распределение по возрасту: есть звезды, образовавшиеся вначале, и звезды, образовавшиеся потом. В основном, двух разных возрастов. Очень характерная для карликовых галактик картина;
- динамика обращения звезд в 47 Тукана показывает на наличие внутри него значительного количества темной материи. Этого не может быть у шаровых скоплений - но характерно для галактики.
Словом,  47 Тукана оказалось древнейшей галактикой, в незапамятные времена захваченной Млечным путем.

В принципе, это сенсацией не явилось - уже несколько лет известно, что крупнейшее шаровое скопление Млечного пути, Ω Центавра, тоже никакое не шаровое скопление, а древняя галактика, захваченная нашим Млечным путем и включенная в его состав. И в нем тоже есть своя центральная черная дыра массой 30-50 тысяч солнечных масс.
Замечу - "размазанных" остатков поглощенных галактик в виде различных звездных потоков известно более дюжины. Кстати, посмотрите на небо, найдите звезду Арктур - она тоже принадлежит к такому потоку (он так и называется потоком Арктура) и родилась в другой, давно поглощенной Млечным путем галактике. Но захваченных галактик, сохранивших компактность, в Млечном пути известно пока только три.   
Тут, конечно, можно возразить, что раз включенное в состав  - значит, уже не галактика. Но тут есть контраргумент: если диаметром нашей Галактики считать расстояние от ее центра до самых удаленных ее структурных элементов (скажем, явно обращающихся вокруг центра галактики звезд и шаровых скоплений), то окажется, что внутри нашей Галактики (точнее, в пределах ее диаметра) находится  два десятка несомненных галактик, в том числе, Магеллановы облака (кстати, на сегодняшний день они по удаленности от центра Млечного пути находятся среди его спутников на девятом и двенадцатом месте).

Так что даже ответ на простой вопрос оказывается очень сложным.

PS А одна такая же захваченная галактика, третья по счету, FSR 1758, ухитрилась найтись прямо в балдже Млечного пути. Что она там делает и как туда попала - была ли захвачена еще на этапе формирования балджа на основе исходного аккреционного диска ядра Млечного пути, или попала в него немного позже, затормозившись и опустившись в балдж (хотя такое торможение выглядит здесь очень маловероятным) - неясно. Но в любом случае достойно внимания то, что, несмотря на прошедшие миллиарды лет, фрейм темной материи, составляющий основную часть массы захваченной галактики, сохранил определенное единство вплоть до нашего времени.


PPS. Забавное обстоятельство. У Млечного пути известно около 170 шаровых скоплений. Не чета гигантским эллиптическим галактикам, у которых их - десятки тысяч.
В астрономии уже давно известно одно негласное и странное, я бы даже сказал, мистическое правило:  полная (барионная плюс темная) масса большой галактики, выраженная в массах Солнца, равна количеству ее шаровых скоплений, умноженному на пять миллиардов. Оно никак не обосновано - но на удивление хорошо работает - по крайней мере, в диапазоне масс галактик от десяти миллиардов до... ну, похоже, до известного верхнего предела, по крайней мере, до нескольких квадриллионов солнечных...
Оцениваемая масса Млечного пути (а оценить массу собственной Галактики куда сложнее, чем чужой, по причине того, что ее видно лишь изнутри) в это правило помещаться не хотела - она была заметно выше. А потом тщательное изучение  Млечного пути показало, что его масса заметно преувеличивалась - и пересмотренная оценка его массы сразу уложилась в это загадочное правило. И тут же количество шаровых скоплений начало падать - потому что три перечисленных объекта шаровыми скоплениями никак не являются. 

[фок Гюнце]

Кстати, о дисках, о толстых и тонких, о съеденных галактиках и о темном прошлом Млечного пути.

Я уже рассказывал, что основными структурными единицами барионной материи спиральной галактики являются диск (со спиральными рукавами), балдж, гало (корона) и, возможно, бар, пересекающий балдж. У нашей Галактики (кстати, Галактика - в единственном числе - это имя собственное, имя нашей галактики, иначе именуемой Млечным Путем. Пишется с прописной буквы. А во множественном числе - это наименование космических структур, пишется со строчной буквы. А Млечный Путь - это другое имя нашей Галактики. Тоже пишется с прописной буквы. А еще Млечный путь - это наблюдаемое явление на небе, светящаяся полоса, его пересекающая и представлящая собой диск Млечного пути, видимый нами с ребра, поскольку мы находимся в нем).
Я рассказывал также, откуда берутся  диски, а также рукава в них. Напомню - диск появляется при мокром мерджинге, после которого газ концентрируется в плоскости вращения галактики. И если после этого галактика переживает малы некомпланарный мерджинг (захватывает меньшую галактику вне плоскости диска), диск сохраняется, а если компланарный - скорее всего, будет разрушен.   

А если посмотреть пристальнее в частности, на нашу Галактику) - обнаружатся интересные подробности про диск. Точнее, про диски. Их окажется много. В смысле, множественное число. Еще точнее, не один.

Изучение нашей Галактики давно показало, что дисков у Млечного пути на самом деле два. Толстый и тонкий. Именно тонкий диск представляет собой то, что обычно называют диском - уплощенное образование диаметром более ста тысяч световых лет (и растущее со скоростью километр в секунду. Немного - всего на 1300 ly/Gyr, то есть, за миллиард лет его диаметр такими темпами увеличился бы на 1300 световых лет). Максимальная толщина диска - всего лишь три тысячи световых лет. Диск слегка неплоский из-за взаимодействия со спутниками нашей Галактики и составлен из относительно молодых звезд первого типа населения (высокометалличных звезд третьего и последующих поколений), газопылевых облаков и туманностей. Именно в тонком диске располагаются спиральные рукава и области активного звездообразования, и, по сути дела, сосредоточено все текущее звездообразование Млечного пути. По возрасту звезд возраст тонкого диска оценивается приблизительно в семь миллиардов лет.

При этом оказывается, что тонкий диск погружен в образование, именуемое толстым диском - заметно менее плотный слой звезд, имеющий диаметр, примерно равный диаметру тонкого диска, и максимальную толщину около двадцати тысяч световых лет. Толстый диск заметно отличается от тонкого по динамике (в частности, по разбросу скоростей составляющих его звезд) и по своему населению - его составляют низкометалличные звезды второго поколения (так называемого второго типа населения), и в нем практически нет газопылевых образований, характерных для тонкого диска. Звезды толстого диска, с одной стороны существенно, на порядок, уступают по металличности звездам тонкого диска (первого типа населения), с другой же стороны, их металличность заметно более высока, чем у звезд древнейших шаровых скоплений. Тщательный анализ показывает, что звезды толстого диска образовывались преимущественно девять-десять миллиардов лет назад, на два-три миллиарда лет позднее, чем самые старые звезды гало и шаровых скоплений - древнейшее население Галактики. Еще более тщательный анализ показывает что толстый диск образовался практически одномоментно - в течение примерно 0,5 - 1 Gyr (миллиарда лет). Впрочем, тонкий диск Млечного пути тоже образовался весьма быстро, примерно за такое же время.

Кстати, такая структура - наличие нескольких вложенных друг в друга дисков, отражающих несколько этапов эволюции дисковидной галактики - характерна отнюдь не только для Млечного пути. Например, практически те же особенности (молодой тонкий диск, включающий около 70% звезд галактики, и толстый диск возрастом около восьми миллиардов лет) еще в 2011 году были подтверждены у галактики Андромеды.

А исследование ретроградных звезд (обращающихся в Галактике в направлении, противоположном направлению вращения самого Млечного пути) позволило узнать некоторые детали формирования толстого диска.
При исследовании ретроградных звезд в дисковой системе Млечного пути обнаружились интересные результаты - соотношение альфа-элементов (кислорода, магния, кремния, серы, кальция, титана) и железа в этих звездах отличается от обычного соотношения их ровесниц, совершающих проградное движение.
Если учесть, что альфа-элементы преимущественно образуются в массивных звездах, и в ходе химической эволюции галактик их содержание в галактике постепенно падает (а содержание железа - естественно, растет), получается, что ретроградные звезды в значительной степени формировались в иной системе, в иной галактике, имевшей другой возраст звездного населения, химический состав, другую начальную функцию масс (соотношение между звездами различных масс при их рождении) и историю эволюции. Вообще, замечу, изучение отношение содержания альфа-элементов к железу - очень полезный инструмент исследования истории и эволюции звездных систем.
Анализ движения и количества ретроградных звезд позволил сформировать следующую модель: примерно десять миллиардов лет назад наша Галактика, которая, разумеется, была в те времена поменьше, захватила древнюю галактику размером несколько большим Малого Магелланова Облака. Эта гипотетическая галактика получила название "Гайя-Энцелад".
Гайя-Энцелад была захвачена "в противодвижении" (с орбитальным моментом, противоположным моменту вращения нашей Галактики) под небольшим углом к плоскости имевшегося и еще не сформированного диска, причем момент был не слишком велик. В результате этот мерджинг, вернее, гравитационное воздействие захваченного материала, привел к резкому изменению орбит звезд существовавшего диска Млечного пути и значительному разбросу их скоростей как по величине, так и по направлению (то, что называется "динамическим нагревом" диска, хотя, конечно, речь идет не о температуре: просто при нагреве газа его молекулы начинают вести себя аналогичным образом), но так его и не разрушил.
Соответственно, имевшийся газовый диск "распух", причем, очень быстро, как сказано выше, одномоментно - и если в плоскости вращения Млечного пути в последующие миллиарды лет сформировался тонкий диск, то вне этой плоскости образованная при мерджинге структура сохранилась до сих пор, и именно она представляет собой толстый диск.

Интересно то, что уже позже в гало нашей Галактики был обнаружен весьма крупный ретроградный поток старых низкометалличных ([Fe/H] <-1, то есть, с содержанием металлов (по железу), более, чем на порядок уступающим металличности нашего Солнца) звезд, имеющий слабоэллиптичную орбиту и небольшой наклон к галактической плоскости, причем, этот поток кинематически не связан ни с остатками Гайя-Энцелад, ни с другими известными звездными потоками. Судя по всему, это остаток еще одной древней галактики, поглощенной в древности (пока не совсем ясно, когда именно, но временной масштаб - порядка 10 Gyr) Млечным путем и уже получившей название Тамнос (Thamnos или, скорее, Θάμνος - куст). Этот мерджинг тоже внес заметный вклад в динамический нагрев и увеличение толщины толстого диска.
         

[passer-by]

Очень интересно, но разобраться и представить всё довольно трудно. А древняя галактика меня окончательно сразила. 
Спасибо, фок Гюнце, за просвещение.

[фок Гюнце]

Это не надо представлять - к этому достаточно привыкнуть

И очень рад, если это интересно.

[фок Гюнце]

Кстати, отмечу, в этой теме местами рассыпаны (и даже не очень спрятаны) маленькие порции кое-какой интересной информации, полезной для знания и понимания некоторых  подробностей и тонкостей Вселенной Ожерелья. 

[passer-by]

Кстати, отмечу, в этой теме местами рассыпаны (и даже не очень спрятаны) маленькие порции кое-какой интересной информации, полезной для знания и понимания некоторых  подробностей и тонкостей Вселенной Ожерелья. 

Да-аа?!!! Издеваетесь? Моё любопытство насторожило уши и сделало стойку.