Raspredelenie galaktik v mestnoi Vselennoi
Raspredelenie galaktik v mestnoi Vselennoi
D.I.Makarov
Pervoe opisanie togo, chto my nazyvaem Mestnym sverhskopleniem, prinadlezhit Dzhonu Gershelyu. V 1864 godu on opublikoval kompilyativnyi spisok vseh izvestnyh tumannostei. General Catalogue soderzhal 4630 ob'ektov, otkrytyh otcom i synom Gershelyami, i tol'ko 450, obnaruzhennyh drugimi issledovatelyami. Koncentraciya tumannostei v sozvezdii Devy srazu brosaetsya v glaza. Tret' vseh tumannostei, ne svyazannyh s Mlechnym Putem, nahoditsya vsego v odnoi vos'moi chasti neba. D. Gershel' predpolozhil, chto tumannosti obrazuyut sfericheskuyu sistemu s centrom v sozvezdii Devy. Nasha Galaktika yavlyaetsya odnim iz ee periferiinyh chlenov. Raspredelenie galaktik daleko ot odnorodnogo; iz central'nogo yadra tyanutsya vetvi ili ``protuberancy'' i Galaktika lezhit v odnom iz nih. Udivitel'no, no eto ochen' tochnoe opisanie Mestnogo sverhskopleniya.
![]() |
Ris. Raspredelenie po nebu tumannostei iz Revised New General Catalogue (RNGC) [Sulentic & Tifft, 1973]. Serym cvetom vydeleny galakticheskie tumannosti, chernym -- galaktiki. Primerno takuyu kartinu videl D. Gershel', kogda izuchal raspredelenie tumannostei, ne svyazannyh s Mlechnym Putem. |
Tol'ko v 20-h godah 20 veka posle obnaruzheniya E. Habblom cefeid v tumannosti Andromeda
bylo okonchatel'no dokazano sushestvovanie zvezdnyh sistem za predelami nashei Galaktiki.
E. Habbl -- odin iz pervyh issledovatelei ih raspredeleniya po nebu.
Na krupneishem v mire 100
reflektore on provel podschety 44000 galaktik v 1283
malyh fotograficheskih ploshadkah [Hubble, 1936].
V rezul'tate byla obnaruzhena ``zona izbeganiya'' (``Zone of Avoidance'') galaktik iz-za
sil'nogo poglosheniya v ploskosti nashei Galaktiki. E. Habbl kolichestvenno ocenil etot effekt
i zaklyuchil, chto net zametnyh sistematicheskih variacii v raspredelenii tumannostei po nebu.
On znal o sushestvovanii grupp i skoplenii galaktik, odnako schital, chto net organizacii
tumannostei na shkale bol'shei, chem bol'shoe skoplenie i net skoplenii bol'she, chem v tysyachu chlenov.
H. Shepli rabotal na men'shem teleskope (24),
no so znachitel'no bol'shim polem zreniya.
On obnaruzhil na yuzhnom nebe udalennoe oblako galaktik v Centavre i dalekoe
metagalakticheskoe oblako v sozvezdii Chasov. Eti sistemy znachitel'no bol'she, chem skoplenie.
Bol'shinstvo uchenyh prinyalo tochku zreniya Habbla, i tol'ko sravnitel'no nedavno stalo yasno,
chto Shepli byl prav. Shepli byl odnim iz pervyh issledovatelei, obnaruzhivshih
krupnomasshtabnuyu strukturu Vselennoi.
K 1933 godu bylo izvestno vsego 25 skoplenii galaktik. Ih chislo vyroslo do tysyach posle zaversheniya znamenitogo Palomarskogo obzora neba. V 1958 godu G. Eibell opublikoval katalog 2712 skoplenii [Abell, 1958].
Tochka zreniya Habbla opiralas' na prostuyu gravitacionnuyu teoriyu. V skopleniyah galaktik tipichnoe vremya peresecheniya poryadka milliarda let i bolee, chto sostavlyaet znachitel'nuyu chast' vozrasta Vselennoi. Esli by sushestvovali eshe bol'shie obrazovaniya, to vremya peresecheniya prevysilo by vozrast Vselennoi i ne hvatilo by vremeni na obrazovanie takih struktur.
Tem ne menee, v nablyudeniyah neizmenno obnaruzhivalis' bol'shie struktury. V 1953 godu G. de Vokuler vvel termin Sverhgalaktika -- uploshennoe obrazovanie blizkih struktur s centrom v skoplenii v Deve [de Vaucouleurs, 1953]. On opredelil ee diametr v 30 Mpk, chto znachitel'no bol'she razmera skopleniya. No, kak i sistema Gershelya, ona ne poluchila obshego priznaniya.
V 1967 godu C.D. Shein i S.A. Vitanen [Shane & Wirtanen, 1967] opublikovali obzor Likskoi observatorii, kotoryi soderzhal bolee milliona galaktik. Oni utverzhdali sushestvovanie treh oblakov galaktik v Zmee-Deve, Korone i Gerkulese s razmerami, sravnimymi s Mestnym Sverhskopleniem. V 1968 godu poyavilsya atlas galaktik i skoplenii galaktik F. Cvikki [Zwicky et al.]. V nem byli narisovany konturnye karty vokrug skoplenii. Oni pokazali, chto vneshnie chasti znachitel'no bol'she normal'nyh razmerov skoplenii. K tomu zhe, skopleniya soedinyalis' drug s drugom protyazhennymi obrazovaniyami. Cvikki nazval eti struktury yacheikami skoplenii.
No, nesmotrya na eti raboty, tol'ko nebol'shoe chislo uchenyh verilo v sushestvovanie sistem bol'shih, chem skoplenie. Sushestvovali argumenty i za, i protiv. Situaciya ostavalas' neopredelennoi do poyavleniya obzorov luchevyh skorostei galaktik.
Poluchenie spektrov galaktik na fotograficheskih plastinkah bylo ochen' slozhnoi zadachei. V Reference Catalogue (RC) de Vokulera [de Vaucouleurs G. & de Vaucouleurs A., 1964] v seredine 60-h bylo vsego okolo 1500 luchevyh skorostei. Posle primeneniya v astronomii televizionnyh priemnikov i perehoda na CCD, kolichestvo izmerenii krasnyh smeshenii udvaivaetsya kazhdye 7 let.
Dannye iz RC2 [de Vaucouleurs et al.], zakonchennogo k 1975 godu, pozvolili sovershit' proryv v issledovanii raspredeleniya galaktik v prostranstve. M. 'yeveer i Ya. Einasto postroili trehmernye karty raspredeleniya galaktik. Na nih byli vidny ne tol'ko sverhskopleniya, no i volokna galaktik vokrug pustot. Bylo vydvinuto smeloe predpolozhenie, chto galaktiki stremyatsya obrazovyvat' protyazhennye struktury vokrug absolyutno pustyh oblastei. Ih soobshenie na IAU simpoziume v 1977 godu nazyvalos' ``Imeet li Vselennaya yacheistuyu strukturu?'' i bylo sensacionnym ['yeveer & Einasto, 1978].
Novost' rasprostranilas' shiroko, no vne SSSR ispol'zovalas' ochen' malo. Ih rabota, kazalos', oprovergala ustoyavshiisya vzglyad na obrazovanie galaktik. Otchasti, nedoverie k rabote Einasto bylo vyzvano ispol'zovaniem nekontroliruemyh dannyh. Tak kak RC2 sobiral vmeste dannye raznyh avtorov, on byl podverzhen razlichnym nekontroliruemym selekcionnym effektam i sil'no neodnoroden. Poetomu stala ochevidnoi neobhodimost' obzorov s chetkimi selekcionnymi kriteriyami.
Vskore mnogie avtory stali poluchat' shodnye raspredeleniya galaktik vokrug pustot. Bylo podtverzhdeno, chto galaktiki mogut obrazovyvat' sverhskopleniya, znachitel'no bolee protyazhennye, chem skopleniya, a takzhe dokazano sushestvovanie pustogo prostranstva mezhdu takimi strukturami.
Pervyi obzor krasnyh smeshenii s chetkim selekcionnym kriteriem provodilsya M. Devisom,
Dzh. Hukroi s kollegami [Davis et al., 1982]. Seichas on izvesten kak CfA1 (Harvard-Smithsonian Center for
Astrophysics). V nem issledovalis' vse galaktiki severnogo neba
yarche
, vydelennye Cvikki.
Chtoby izbezhat' effektov, svyazannyh s galakticheskim poglosheniem, izuchalis' galaktiki
tol'ko na vysokih galakticheskih shirotah (
i
).
Bylo issledovano okolo 2400 galaktik.
Dannye etogo obzora pokazali strukturu raspredeleniya galaktik pohozhuyu na myl'nuyu penu,
s krupnymi voloknami i bol'shimi pustotami.
V dal'neishem etot obzor byl uglublen do
(CfA2).
Uzhe pervye srezy, poluchennye v hode ego vypolneniya, obnaruzhili strukturu sravnimuyu
po protyazhennosti s glubinoi samogo obzora.
Eto byla blinopodobnaya koncentraciya galaktik, vidimaya prakticheski plashmya.
Vskore ona byla metko nazvana ``Velikoi Stenoi''.
Yuzhnym ekvivalentom CfA1 i CfA2 byl Southern Sky Redshift Survey (SSRS i SSRS2) [Fairall & Jones, 1991]. Takzhe sleduet otmetit' raboty M. Haines i R. Dzhiovanelli po issledovaniyu oblasti Perseya-Ryb, s pomosh'yu radioteleskopov. Primerno v eto zhe vremya B. Talli podrobno izuchal raspredelenie galaktik v Mestnom sverhskoplenii.
Blagodarya etim rabotam my ochen' horosho predstavlyaem raspredelenie
galaktik v ``blizkoi'' (v kosmologicheskom kontekste) okrestnosti Mpk.
Dlya etogo ob'ema prostranstva sushestvuyut obzory galaktik po vsemu nebu.
Bol'shinstvo blizkih skoplenii galaktik lezhat vblizi klassicheskoi sverhgalakticheskoi ploskosti, vvedennoi eshe G. de Vokulerom [de Vaucouleurs, 1953].
![]() |
Ris. Raspredelenie galaktik Mestnogo sverhskopleniya (so skorostyami men'she 3000 km/s) v sverhgalakticheskih koordinatah, vvedennyh G. de Vokulerom. Na risunke otmecheno skoplenie galaktik v Deve. Horosho vidna koncentraciya galaktik k ploskosti sverhskopleniya. |
Blizhaishaya koncentraciya galaktik -- eto Mestnoe sverhskoplenie s centrom v sozvezdii Devy. Kak bylo otmecheno vyshe, opisanie, dannoe pervootkryvatelem Dzh. Gershelem, ostaetsya tochnym i segodnya. Eto sferoobraznaya sistema s centrom v Deve, s vetvyami ili protuberancami, ishodyashimi iz plotnogo yadra. Nasha Galaktika raspolozhena na periferii.
Skoplenie galaktik v Deve nahoditsya na rasstoyanii okolo 15 Mpk i udalyaetsya ot nas so skorost'yu 1100 km/s.
Ono soderzhit priblizitel'no 80 galaktik rannih tipov (E i S0),
120 spiralei i okolo 900 karlikovyh galaktik, prichem chislo karlikov, vozmozhno,
znachitel'no bol'she, hotya ih obshaya massa, veroyatno, neznachitel'na.
Polnaya massa skopleniya -- okolo
mass Solnca.
Ono ne otnositsya k chislu bogatyh skoplenii, ch'ya massa kak minimum na poryadok bol'she.
Centr skopleniya -- gigantskaya ellipticheskaya galaktika M 87.
Nablyudaetsya sushestvennaya raznica v dinamike i raspredelenii spiral'nyh i ellipticheskih
galaktik skopleniya.
E i S0 galaktiki koncentriruyutsya k centru skopleniya i imeyut maluyu dispersiyu skorostei
(550 km/s), v to vremya kak spiral'nye galaktiki obrazuyut ``galo'' skopleniya i
harakterizuyutsya bol'shoi dispersiei skorostei (900 km/s).
Pohozhimi svoistvami obladayut vse skopleniya -- u bogatyh zhe, takih kak
skoplenie galaktik v Volosah Veroniki, oni proyavlyayutsya naibolee yarko.
Skoplenie galaktik v Deve ne imeet rezkoi granicy. Ono yavlyaetsya central'noi koncentraciei bolee protyazhennogo Mestnogo sverhskopleniya i plavno v nego perehodit. Raspredelenie galaktik v sverhskoplenii obrazuet ploskuyu irregulyarnuyu strukturu.
V ``blizkoi'' Vselennoi naibolee zametny i bol'shie struktury -- ``velikie steny'' -- blinoobraznye kondensacii galaktik s harakternymi razmerami v prostranstve krasnyh smeshenii chut' men'she ili okolo 10000 km/s i tolshinoi tol'ko 1000 km/s.
![]() |
Ris.
Raspredelenie po nebu galaktik so skorostyami ot 2000 do 5000 km/s.
Strelkoi otmechena blinopodobnaya struktura v sozvezdiyah
Gidry-Centavra-Teleskopa-Pavlina-Indeica.
Nasha Galaktika i Mestnoe sverhskoplenie lezhat na periferii etoi steny,
prakticheski v ee ploskosti, poetomu ona vidna kak uzkaya poloska galaktik na nebe,
protyanuvshihsya na |
Blizhaishaya iz nih protyanulas' po sozvezdiyam Gidry-Centavra-Teleskopa-Pavlina-Indeica.
Eto obrazovanie znachitel'no bol'she Mestnogo sverhskopleniya.
Ego razmery poryadka
km/s.
Nasha Galaktika i Mestnoe sverhskoplenie yavlyayutsya ego chast'yu.
My nahodimsya blizko k ploskosti etoi steny na samom ee krayu,
poetomu vidim ee kak uzkuyu polosu galaktik, rastyanuvshuyusya bolee chem na 180 gradusov.
![]() |
Ris. Raspredelenie po skorostyam galaktik yarche 15.5 zvezdnoi velichiny. Na etih srezah otchetlivo vidna blinopodobnaya struktura, protyanuvshayasya cherez vsyu issledovannuyu oblast' -- ``Great Wall''. Na diagrammah otchetlivo vidny skopleniya v Deve (na verhnem risunke) i v Volosah Veroniki (na nizhnem). Galaktiki v skopleniyah imeyut bol'shie sluchainye skorosti, poetomu v prostranstve skorostei oni vytyagivayutsya vdol' lucha zreniya, obrazuya tak nazyvaemye ``pal'cy Boga'', kotorye ukazyvayut na Zemlyu. |
Pervaya obnaruzhennaya stena -- ``Great Wall'' vidna prakticheski plashmya i ee galaktiki
razbrosany po znachitel'noi chasti neba.
Poetomu ona byla obnaruzhena sovsem nedavno, v 1989 godu.
Stenu ogranichivayut pustoty speredi i szadi, na krayah ona soedinyaetsya s sosednimi
strukturami.
``Great Wall'' vpechatlyaet razmerami:
km/s.
Esli prosledit' raspredelenie galaktik ot nee k analogichnoi strukture v Persee-Rybah,
to sozdaetsya vpechatlenie, chto nasha Galaktika zaklyuchena v gigantskoe kol'co.
Odnako eta vidimaya struktura ne imeet prodolzheniya na yuge.
![]() |
Ris. Raspredelenie galaktik iz bazy dannyh LEDA v proekcii na ploskost' blizhaishei ``steny'' protyanuvsheisya po sozvezdiyam Gidry-Centavra-Teleskopa-Pavlina-Indeica. |
Prakticheski vse steny soderzhat v svoem centre bogatoe skoplenie galaktik. V ``blizkoi'' Vselennoi nahoditsya vsego tri takih skopleniya -- v Volosah Veroniki, Persee i ACO 3627, kotoroe ekraniruyut oblaka pyli v Mlechnom Puti.
Samoe znamenitoe iz nih -- skoplenie v Volosah Veroniki -- yavlyaetsya centrom ``Great Wall''.
Kak i drugie bogatye skopleniya, ono soderzhit mnogo ellipticheskih galaktik.
Izuchenie ego dinamiki vpervye ukazalo na nalichie bol'shogo kolichestva nevidimoi materii.
Massa skopleniya -- okolo mass solnca, dispersiya skorostei -- 900 km/s.
Nel'zya ne otmetit' i pustoty, kotorye ogranichivayut vidimoe raspredelenie galaktik. Oni, kak pravilo, imeyut grubo sferoidal'nuyu formu i soedinyayutsya drug s drugom. Spektr ih razmerov prostiraetsya ot sotnei km/s do 10000 km/s. V etih oblastyah plotnost' galaktik na poryadki men'she srednei, libo oni tam i vovse otsutstvuyut.
Dalekie struktury skoplenii galaktik byli obnaruzheny znachitel'no ran'she blizkih. Svyazanno eto s tem, chto galaktiki ih obrazuyushie, zanimayut na nebe sushestvenno men'shii ob'em i, sledovatel'no, vidimaya plotnost' v takih oblastyah gorazdo bol'she. K primeru, Shepli obnaruzhil metagalaktiki v Centavre i Chasah v 30-h godah 20 veka. Koncentraciya Shepli v Centavre vyglyadit kak konglomerat skoplenii galaktik s luchevoi skorost'yu okolo 13000 km/s. Eto, vozmozhno, samaya massivnaya struktura v ob'eme, men'shem 20000 km/s. Ona privlekla k sebe vnimanie v konce 80-h godov pri poiske kandidata na rol' vozmutitelya dvizhenii galaktik v blizhnei Vselennoi.
Za predelami radiusa v 10000 km/s ( Mpk) net obzorov galaktik po vsemu
nebu i nashi svedeniya ob ih raspredelenii fragmentarny.
Sushestvuet bol'shoe raznoobrazie v sposobe zaglyanut' glubzhe vo Vselennuyu.
Eto i ochen' glubokie ``prokoly'' (pencil-beam), i tonkie srezy vdol' pryamogo voshozhdeniya,
i obzory markerov krupnomasshtabnoi struktury, takih kak skopleniya galaktik.
V hode vypolneniya Las Campanas Redshift Survey (LCRS) [Shectman et al., 1996], provodivshegosya s 1988 po 1994 gody,
bylo polucheno bolee 26000 spektrov galaktik v shesti tonkih srezah, po tri vozle yuzhnogo
i severnogo Galakticheskogo polyusov. Eto bol'she, chem v lyubom drugom obzore.
Srednyaya glubina obzora -- 30000 km/s.
LCRS obnaruzhivaet bogatuyu voloknistuyu strukturu, skopleniya i pustoty vplot' do 50000 km/s.
Takie struktury proslezhivayutsya v 4-5 raz glubzhe, chem v obzorah vsego neba.
Raspredelenie galaktik svidetel'stvuet o ``povtorenii'' pohozhih uzorov, chem na ierarhiyu
vse bol'shih struktur.
Razmer naibol'shei iz nih km/s, chto znachitel'no men'she glubiny
obzora. Poetomu mozhno nadeyat'sya, chto v LCRS byla dostignuta shkala odnorodnosti Vselennoi.
![]() |
Ris. Svodnaya karta raspredeleniya galaktik v Las Campanas Redshift Survey. |
V LCRS bylo naidena periodichnost' yacheistoi struktury na shkale okolo 15000 km/s, chto horosho soglasuetsya s rezul'tatami ``karandashnyh'' obzorov, v kotoryh v napravlenii na yuzhnyi i severnyi galakticheskii polyus byl obnaruzhen ryad pikov s periodom v 12800 km/s. A. Doroshkevich s sotrudnikami [Doroshkevich et al., 1996] vydelili v LCRS tri sorta struktur -- blinopodobnye struktury ``sverh bol'shoi shkaly'' s tipichnym razdeleniem v 8000 km/s, vklyuchayushie do 60% galaktik; ``bogatye volokna'' s tipichnym promezhutkom v 3000 km/s, kotorye vklyuchayut 20% galaktik; i, nakonec, ``bednye, razrezhennye volokna'' s razdeleniem okolo 1300 km/s. Vse tri sorta struktur pokazyvayut sluchainoe, puassonovskoe raspredelenie v prostranstve.
Las Campanas Redshift Survey veroyatno otvetil na odin iz fundamental'nyh voprosov kosmologii: na kakom masshtabe Vselennuyu mozhno schitat' odnorodnoi? Obzory blizkoi Vselennoi ukazyvali na sushestvovanie struktur bol'shih 10000 km/s. Bolee togo, s uvelicheniem glubiny obzora vsegda nahodilis' obrazovaniya bol'shie, chem issledovannaya chast' prostranstva. S drugoi storony, bazisom vseh kosmologicheskih modelei byl ``kosmologicheskii princip'', utverzhdayushii izotropnost' i odnorodnost' Vselennoi. Esli shkala odnorodnosti ne sushestvuet, to vse kosmologicheskie teorii okazyvayutsya nesostoyatel'nymi. V pol'zu odnorodnosti Vselennoi na bol'shih masshtabah govorili glubokie podschety galaktik, raspredelenie dalekih radioistochnikov, vysokaya stepen' odnorodnosti i izotropnosti reliktovogo fona. Las Campanas Redshift Survey -- pervyi obzor, pokazavshii povtoryaemost', a ne vozrastayushuyu ierarhiyu vse bol'shih struktur. Hotya on provodilsya tol'ko v uzkih oblastyah, no sozdaetsya vpechatlenie, chto odnorodnost' dostigaetsya na shkale okolo 20000 km/s.
- 'yeveer M., Einasto Ya. 1978, Krupnomasshtabnaya struktura Vselennoi, IAU Symp. 79
- Abell G. O. 1958, ApJS, 3, 211
- Davis M., et al. 1982, ApJ, 253,423
- Doroshkevich A. G. et al. 1996, MNRAS, 283, 1281
- Fairall A. P., Jones A. 1991, Southern redshifts catalogue and plots Publications of the Department of Astronomy, University of Cape Town
- Hubble E. 1936, The realm of the nebulae, Yale University Press
- Shane C. D., Wirtanen C. A. 1967, The distribution of galaxies, Publ. Lick Obs., XXII, Part 1
- Shectman S. A. et al. 1996, The Las Campanas Redshift Survey, ApJ, 470, 172
- Sulentic J. W., Tifft W. G. 1973, The revised new catalogue of nonstellar astronomical objects, Tucson: University of Arizona Press (RNGC)
- de Vaucouleurs G. 1953, AJ, 58, 30
- de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A. 1964, Reference catalogue of bright galaxies (RC), University of Texas Monographs in Astronomy, Austin: University of Texas Press
- de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A., Corwin Jr. H. G. The Second Reference Catalogue of bright galaxies (RC2) University of Texas Press, Austin
- Zwicky F., Herzog E., Wild P., Karpowitz M., Kowal C.T. 1961-68, Catalogue of Galaxies and of Clusters of Galaxies (6 Vols), Pasadena, California Institute of Technology
Publikacii s klyuchevymi slovami:
krupnomasshtabnaya struktura Vselennoi - mestnoe sverhskoplenie - sverhskopleniya galaktik - Skoplenie galaktik - krasnoe smeshenie
Publikacii so slovami: krupnomasshtabnaya struktura Vselennoi - mestnoe sverhskoplenie - sverhskopleniya galaktik - Skoplenie galaktik - krasnoe smeshenie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |