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.

1. 'yeveer M., Einasto Ya. 1978, Krupnomasshtabnaya struktura Vselennoi, IAU Symp. 79



2. Abell G. O. 1958, ApJS, 3, 211



3. Davis M., et al. 1982, ApJ, 253,423



4. Doroshkevich A. G. et al. 1996, MNRAS, 283, 1281



5. Fairall A. P., Jones A. 1991, Southern redshifts catalogue and plots Publications of the Department of Astronomy, University of Cape Town



6. Hubble E. 1936, The realm of the nebulae, Yale University Press



7. Shane C. D., Wirtanen C. A. 1967, The distribution of galaxies, Publ. Lick Obs., XXII, Part 1



8. Shectman S. A. et al. 1996, The Las Campanas Redshift Survey, ApJ, 470, 172



9. Sulentic J. W., Tifft W. G. 1973, The revised new catalogue of nonstellar astronomical objects, Tucson: University of Arizona Press (RNGC)



10. de Vaucouleurs G. 1953, AJ, 58, 30



11. de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A. 1964, Reference catalogue of bright galaxies (RC), University of Texas Monographs in Astronomy, Austin: University of Texas Press



12. de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A., Corwin Jr. H. G. The Second Reference Catalogue of bright galaxies (RC2) University of Texas Press, Austin



13. 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: Skoplenie galaktik Pandora Skoplenie galaktik v Volosah Veroniki UHZ1: dalekaya galaktika i chernaya dyra Skoplenie galaktik v Pechi Skoplenie galaktik Eibell 370 i za nim Pervoe glubokoe pole teleskopa "Dzheims Vebb" Skoplenie galaktik v Gidre Vse publikacii na tu zhe temu >>