Postoyannaya Habbla

Yu.N.Efremov

Samoe grandioznoe yavlenie, izvestnoe cheloveku - eto rasshirenie nashei Vselennoi, dokazannoe v 1929 g. Rasstoyaniya mezhdu skopleniyami galaktik nepreryvno vozrastayut, i eto vazhneishii fakt dlya ponimaniya ustroistva Mirozdaniya. Opredeleniya skorosti rasshireniya - postoyannoi Habbla, i ee zavisimosti ot vremeni ostayutsya vazhneishim predmetom nazemnyh i orbital'nyh nablyudenii.

1. Slabye tumannosti

Pervye priznaki rasshireniya Vselennoi byli obnaruzheny okolo 80 let nazad, kogda bol'shinstvo astronomov polagalo, chto nasha Galaktika i est' vsya Vselennaya. Slabye tumannye pyatnyshki, desyatki tysyach kotoryh byli obnaruzheny s nachalom razvitiya astrofotografii, schitalis' dalekimi gazovymi tumannostyami na okraine vseob'emlyushei zvezdnoi sistemy Mlechnogo puti.

Veston Slaifer na Flagstaffskoi observatorii v Arizone dolgie gody byl edinstvennym chelovekom v mire, poluchavshim spektry etih "slabyh tumannostei". Samim yarkim ih predstavitelem byla horosho izvestnaya tumannost' Andromedy. V 1914 g. Slaifer opublikoval pervoe opredelenie luchevoi skorosti etoi tumannosti po spektrogramme, poluchennoi im na 24-dyuimovom refraktore.

Okazalos', chto M31 priblizhaetsya k nam so skorost'yu okolo 300 km/s. K 1925 g. v kollekcii Slaifera byli spektry 41 ob'ekta. Strannoi osobennost'yu obladali eti spektry - skorosti u vseh iz nih byli ochen' veliki i otricatel'naya skorost' M31 okazalas' redkim isklyucheniem; v srednem skorost' tumannostei sostavlyala +375 km/s, a naibol'shaya skorost' byla +1125 km/s. Pochti vse oni udalyalis' ot nas, i skorosti ih prevyshali skorost' lyubyh drugih ob'ektov, izvestnyh astronomam. (Napomnim, chto otricatel'nye skorosti napravleny k nam, polozhitel'nye - ot nas.)

Observatoriyu v Flagstaffe Persival' Lovell postroil special'no dlya nablyudenii kanalov Marsa. Nekotorye iz nas prishli v astronomiyu, uvlechennye ego knigoi, v kotoroi rasskazyvalos' o volne potemneniya, o rassheplenii kanalov, perepolnyaemyh vodoi marsianskoi vesny... Odnako na etoi observatorii byli otkryty ne menee fantasticheskie, no sovershenno real'nye veshi. Rabota Slaifera oznachala pervyi shag na puti k otkrytiyu rasshireniya Vselennoi.

Spory o prirode "slabyh tumannostei" velis' s konca XVIII veka. Vil'yam Gershel' vyskazal predpolozhenie, chto oni mogut byt' dalekimi zvezdnymi sistemami, analogichnymi sisteme Mlechnogo puti. V 1785 g. on byl uveren v tom, chto razreshit' tumannosti na zvezdy nel'zya tol'ko iz-za slishkom bol'shoi ih udalennosti. Odnako v 1795 g., nablyudaya planetarnuyu tumannost' NGC 1514, on otchetlivo uvidel v centre ee odinochnuyu zvezdu, okruzhennuyu tumannym veshestvom. Sushestvovanie podlinnyh tumannostei, takim obrazom, ne podlezhalo somneniyu, i ne bylo neobhodimosti dumat', chto vse tumannye pyatna - dalekie zvezdnye sistemy. I v 1820 g. Gershel' govoril, chto za predelom nashei sobstvennoi sistemy vse pokryto mrakom neizvestnosti.

V XIX veke v nerazreshimyh na zvezdy tumannostyah predpochitali videt' planetnye sistemy v processe obrazovaniya - v duhe gipotezy Laplasa; NGC 1514 kazalas' primerom daleko zashedshei evolyucii - iz pervichnoi tumannosti skondensirovalas' uzhe central'naya zvezda.

K seredine veka k 2500 tumannostyam, otkrytym ego otcom, Dzhon Gershel' pribavil eshe 5000, i izuchenie ih raspredeleniya po nebu dalo glavnyi argument protiv predpolozheniya, chto oni yavlyayutsya dalekimi zvezdnymi sistemami ("ostrovnymi vselennymi"), podobnymi nashei sisteme Mlechnogo Puti. Byla obnaruzhena "zona izbeganiya" - pochti polnoe otsutstvie etih slabyh pyatnyshek sveta bliz ploskosti Mlechnogo Puti. Eto bylo ponyato kak yavnoe ukazanie na ih svyaz' s sistemoi Mlechnogo puti. Pogloshenie sveta, naibolee sil'noe v ploskosti Galaktiki, bylo eshe neizvestno.

V 1865 g., Heggins vpervye pronablyudal spektr tumannostei. Emissionnye linii tumannosti Oriona yavno govorili o ee gazovom sostave, no spektr tumannosti Andromedy (M31) byl nepreryvnyi, kak i u zvezd. Kazalos' by, spor reshen, no Heggins zaklyuchil, chto takoi vid spektra M31 govorit lish' o vysokoi plotnosti i neprozrachnosti sostavlyayushego ee gaza.

V 1890 g. Agniya Klerk v knige o razvitii astronomii v XIX veke pisala: "Vopros o tom, yavlyayutsya li tumannosti vneshnimi galaktikami, vryad li zasluzhivaet teper' obsuzhdeniya. Progress issledovanii otvetil na nego. Mozhno s uverennost'yu skazat', chto ni odin kompetentnyi myslitel' pered licom sushestvuyushih faktov ne budet utverzhdat', chto hotya by odna tumannost' mozhet byt' zvezdnoi sistemoi, sravnimoi po razmeram s Mlechnym Putem".

Hotelos' by znat', kakie iz nyneshnih stol' zhe kategorichnyh utverzhdenii okazhutsya so vremenem stol' zhe nevernymi ... Zametim, chto za sto let do Klerk bylo vyskazano diametral'no protivopolozhnoe suzhdenie. "Povidimomu, zvezdy... sobrany v raznoobraznye gruppy, nekotorye iz koih soderzhat milliardy zvezd... Nashe Solnce i yarchaishie zvezdy , vozmozhno, vhodyat v odnu iz takih grupp, kotoraya, ochevidno, i opoyasyvaet nebo, obrazuya Mlechnyi Put'". Eta ostorozhnaya, no sovershenno pravil'naya formulirovka prinadlezhit velikomu Laplasu.

V nachale XX veka fotografii, poluchennye Kilerom s 36-dyuimovym reflektorom, pokazali, chto slabyh tumannostei ne menee 120 000. Zvezdnyi spektr otrazhatel'nyh (v osnovnom pylevyh) tumannostei vokrug zvezd Pleyad, kazalos', podtverzhdal mysl' o nevozmozhnosti reshit' vopros spektral'nymi issledovaniyami. Eto pozvolilo V. Slaiferu predpolozhit', chto i spektr tumannosti Andromedy ob'yasnyaetsya otrazheniem sveta central'noi zvezdy (za kotoruyu on prinyal yadro galaktiki...)

Dlya resheniya voprosa o prirode "slabyh tumannostei" bylo neobhodimo znat' ih rasstoyanie. Diskussiya po etomu povodu prodolzhalas' do 1925 g.; ona zasluzhivaet otdel'nogo rasskaza i zdes' my tol'ko vkratce opishem, kak bylo ustanovleno rasstoyanie klyuchevogo ob'ekta - "tumannosti" Andromedy.

2. Otkrytie Vselennoi

Uzhe k 1910 g. Dzhord Richi na 60" teleskope observatorii Maunt Vilson poluchil velikolepnye snimki, na kotoryh bylo vidno, chto spiral'nye vetvi bol'shih tumannostei usypany zvezdobraznymi ob'ektami, no izobrazheniya mnogih iz nih byli nerezkie, tumannye. Eto mogli byt' i kompaktnye tumannosti, i zvezdnye skopleniya, i neskol'ko slivshihsya izobrazhenii zvezd.

Dokazat', chto v bol'shih "tumannostyah" my vidim odinochnye zvezdy, smog Edvin Habbl (1889 - 1953), molodoi astronom toi zhe observatorii, v 1924 godu. S pomosh'yu 100" teleskopa on nashel v tumannosti Andromedy 36 cefeid. Amplitudy izmeneniya bleska etih peremennyh zvezd - sverhgigantov polnost'yu sootvetstvovali izvestnym u cefeid nashei Galaktiki i eto dokazyvalo, chto my imeem delo s odinochnymi zvezdami. I glavnoe, zavisimost' period - svetimost', ustanovlennaya po cefeidam Magellanovyh Oblakov i Galaktiki, pozvolyala opredelit' svetimost' naidennyh Habblom zvezd, i sravnenie ee s bleskom davalo rasstoyanie. Ono uvodilo tumannost' Andromedy daleko za predely nashei zvezdnoi sistemy. Slabye tumannosti okazalis' dalekimi galaktikami.

Uvidet' mozhno tol'ko to, chto schitaesh' vozmozhnym uvidet' ... Kogda v nachale 20-h gg. H'yumason pokazal Shepli neskol'ko peremennyh zvezd - veroyatnyh cefeid, otmechennyh im na plastinke s izobrazheniem tumannosti Andromedy, Shepli ster ego otmetki - v etoi gazovoi tumannosti ne moglo byt' zvezd!

3. Nachalo kosmologii

Itak, Vselennaya naselena galaktikami, a ne izolirovannymi zvezdami. Tol'ko teper' poyavilis' vozmozhnosti proverki vyvodov zarozhdavsheisya kosmologii - nauki o stroenii i evolyucii Vselennoi v celom. V 1924 g. K. Virc obnaruzhil slabuyu korrelyaciyu mezhdu uglovymi diametrami i skorostyami udaleniya galaktik i predpolozhil, chto ona mozhet byt' svyazana s kosmologicheskoi model'yu V. de Sittera, soglasno kotoroi skorost' udaleniya otdalennyh ob'ektov dolzhna vozrastat' s ih rasstoyaniem. Model' de Sittera sootvetstvovala pustoi Vselennoi, no v 1923 g. nemeckii matematik G.Veil' otmetil, chto esli v nee pomestit' veshestvo, ona dolzhna rasshiryat'sya. O nestatichnosti Vselennoi de Sittera govorilos' i v knige Eddingtona, opublikovannoi v tom zhe godu.

De Sitter, opublikovavshii svoyu rabotu "Ob einshteinovskoi teorii gravitacii i ee astronomicheskih sledstviyah" v 1917 gg., srazu zhe posle poyavleniya obshei teorii otnositel'nosti, znal tol'ko tri luchevye skorosti; u M31 ona byla otricatel'na, a u dvuh slabyh galaktik - polozhitel'naya i bol'shaya.

Lundmark i zatem Shtremberg, povtorivshie rabotu Virca, ne poluchili ubeditel'nyh rezul'tatov, a Shtremberg dazhe zayavil v 1925 g., chto "ne sushestvuet zavisimosti luchevyh skorostei ot rasstoyaniya ot Solnca". Odnako bylo lish' yasno, chto ni diametr, ni blesk galaktik ne mogut schitat'sya nadezhnymi kriteriyami ih rasstoyaniya.

O rasshirenii nepustoi Vselennoi govorilos' i v pervoi kosmologicheskoi rabote bel'giiskogo teoretika Zh.Lemetra, opublikovannoi v 1925 g. Sleduyushaya ego stat'ya, opublikovannaya v 1927 g., nazyvalas' "Odnorodnaya Vselennaya postoyannoi massy i vozrastayushego radiusa, ob'yasnyayushaya radial'nye skorosti vnegalakticheskih tumannostei". Koeficient proporcional'nosti mezhdu skorost'yu i rasstoyaniem, poluchennyi Lemetrom, byl blizok k naidennomu Habblom v 1929 g. V 1931 g. po iniciative Eddingtona stat'ya Lemetra byla perepechatana v "Monthly Notices" i stala s teh por shiroko citirovat'sya; raboty A.A.Fridmana byli opublikovany eshe v 1922-1924 gg., no stali shiroko izvestny sredi astronomov mnogo pozdnee. Vo vsyakom sluchae, Lemetr byl pervym, kto chetko zayavil, chto ob'ekty, naselyayushie rasshiryayushuyusya Vselennuyu, raspredelenie i skorosti dvizheniya kotoryh i dolzhny byt' predmetom kosmologii - eto ne zvezdy, a gigantskie zvezdnye sistemy, galaktiki. Lemetr opiralsya na rezul'taty Habbla, s kotorymi on poznakomilsya, buduchi v SShA v 1926 g. na ego doklade.

Amerikanskii teoretik H.Robertson v 1928 g., ispol'zuya dannye Habbla 1926 goda, takzhe nashel, chto skorosti razbeganiya galaktik proporcional'ny ih rasstoyaniyu. Povidimomu, etu rabotu Habbl znal. S 1928 g. po ego zadaniyu M.H'yumason (1891-1972) uporno staralsya izmerit' krasnoe smeshenie u vozmozhno bolee dalekih galaktik. Vskore za 45 chasov ekspozicii u galaktiki NGC 7619 v skoplenii Perseya byla izmerena skorost' udaleniya v 3779 km/c. (Nado li govorit', chto poslednie dve cifry izlishni). Sam zhe Habbl razrabotal kriterii opredeleniya rasstoyanii dlya dalekih galaktik, cefeidy v kotoryh ostavalis' nedostupny 100" teleskopu. Oni byli osnovany na predpolozhenii ob odinakovosti bleska samyh yarkih otdel'nyh zvezd vnutri raznyh galaktik. K 1929 g. u nego byli uverennye rasstoyaniya dvuh desyatkov galaktik, v tom chisle v skoplenii Devy, skorosti kotoryh dohodili primerno do 1100 km/s.

4. Zakon Habbla

I vot 17 yanvarya 1929 g. v Trudy Nacional'noi akademii nauk SShA postupila stat'ya H'yumasona o luchevoi skorosti NGC 7619 i stat'ya Habbla, nazyvavshayasya "Svyaz' mezhdu rasstoyaniem i luchevoi skorost'yu vnegalakticheskih tumannostei". Sopostavlenie etih rasstoyanii s luchevymi skorostyami pokazalo chetkuyu lineinuyu zavisimost' skorosti ot rasstoyaniya, po pravu nazyvayushuyusya teper' zakonom Habbla .

Habbl ponimal znachenie svoego otkrytiya. Soobshaya o nem, on pisal, chto "zavisimost' skorost' - rasstoyanie mozhet predstavlyat' effekt de Sittera i, sledovatel'no, ona mozhet dat' kolichestvennye dannye dlya opredeleniya obshei krivizny prostranstva". Mnogochislennye popytki ob'yasnit' zavisimost' Habbla ne rasshireniem Vselennoi, a chem-libo inym, kotorye mozhno vstretit' i teper', neizmenno terpyat neudachu. Tak, ne prohodit staroe predpolozhenie o tom, chto za dolgoe vremya puti fotony "stareyut", teryayut energiyu i sootvetstvuyushaya dlina volny uvelichivaetsya - pri etom razmyvalis' by i izobrazheniya dalekih ob'ektov, a velichina krasnogo smesheniya zavisela by i ot dliny volny, chego ne nablyudaetsya. Pryamye svidetel'stva pravil'nosti vyvoda o tom, chto bolee dalekie ob'ekty imeyut bol'shee krasnoe smeshenie polucheny nedavno pri izuchenii krivyh bleska i spektrov dalekih Sverhnovyh zvezd.

Podcherknem, chto reshayushee znachenie imeli metody opredeleniya rasstoyanii galaktik, razrabotannye Habblom, dlya chego ponadobilis' pryamye fotografii na 100-dyuimovom reflektore.

V tridcatyh godah Habbl i ego sotrudniki zanimali bolee poloviny nablyudatel'nogo vremeni krupneishego - i prakticheski edinstvennogo togda prigodnogo dlya takih rabot - teleskopa. I eta koncentraciya usilii privela k velichaishim dostizheniyam nablyudatel'noi astronomii XX veka!

K 1935 g. u H'yumasona byli spektrogrammy 150 galaktik do rasstoyanii, v 35 raz prevyshayushih rasstoyanie skopleniya galaktik v Deve, a k 1940 g. naibol'shie obnaruzhennye im skorosti udaleniya galaktik sostavlyali uzhe 40000 km/s. I do samyh bol'shih rasstoyanii sohranyalas' pryamaya proporcional'naya zavisimost' mezhdu krasnym smesheniem linii v spektre,

i rasstoyaniem, kotoraya v obshem vide zapisyvaetsya tak:

gde c - skorost' sveta, z - rasstoyanie i v - luchevaya skorost'. Koefficient proporcional'nosti H byl nazvan pozdnee postoyannoi Habbla.

Etot novyi zakon prirody poluchil ob'yasnenie v osnovannyh na obshei teorii otnositel'nosti modelyah Vselennoi eshe do togo, kak on byl nezyblemo ustanovlen. Prioritet dolzhen byt' otdan A.A.Fridmanu; modeli, poluchennye ranee Einshteinom i de Sitterom, okazalis' predel'nymi sluchayami modelei Fridmana. Shiroko izvestnymi dolgoe vremya ostavalis' lish' rezul'taty Lemetra (ne znakomogo togda s rabotami Fridmana), kotoryi posle opublikovaniya raboty Habbla napomnil Eddingtonu o svoei rabote 1927 goda - v etoi rabote Lemetr prishel k vyvodu o rasshirenii modeli

Vselennoi s konechnoi srednei plotnost'yu veshestva v nei. Odnako uzhe v 1931 g. Einshtein, govorya o rasshiryayusheisya Vselennoi, otmetil, chto pervym na etot put' vstupil Fridman.

Odnako sam Habbl vskore poteryal uverennost' v tom, chto krasnoe smeshenie oznachaet imenno rasshirenie Vselennoi, - veroyatno, pod vliyaniem neumolimogo vyvoda iz etogo predpolozheniya. Kak pisal togda G.Ressel, "priznat' teoriyu de Sittera bez ogovorok prezhdevremenno. Filosofski nepriemlemo, chtoby vse galaktiki prezhde byli vmeste. Na vopros "pochemu" otveta my ne nahodim". Imenno iz takogo roda soobrazhenii Einshtein vvel v svoi uravneniya 1916 g. kosmologicheskuyu postoyannuyu, dolzhenstvuyushuyu stabilizirovat' Vselennuyu. Etoi glubochaishei probleme posvyashena stat'ya A.D.Chernina "Fizicheskii vakuum i kosmicheskaya antigravitaciya" na saite www.astronet.ru i zdes' my tol'ko otmetim, chto uskorennoe rasshirenie Vselennoi, obnaruzhennoe v 1998 g. po Sverhnovym tipa Ia, ob'yasnyaetsya otricatel'nym davleniem kosmicheskogo vakuuma, sushestvovanie kotorogo i otrazhaetsya dobavochnym kosmologicheskom chlenom uravnenii Einshteina.

Letom 1929 g. Habbl obrushilsya na de Sittera, posmevshego opublikovat' detal'nuyu rabotu, posvyashennuyu sravneniyu teoreticheskih i nablyudatel'nyh vyvodov o rasshirenii Vselennoi. On pisal de Sitteru, chto zavisimost' skorost' - rasstoyanie yavlyaetsya "maunt-vilsonovskim dostizheniem", i chto "pervoe obsuzhdenie novyh dannyh estestvenno prinadlezhit tem, kto deistvitel'no vypolnyal rabotu". Odnako v 1931 g., posle poyavleniya gipotezy Cvikki o vozmozhnosti stareniya fotonov, Habbl napisal de Sitteru, chto "interpretaciyu sledut ostavit' Vam i eshe ochen' nemnogim, kto kompetenten avtoritetno obsuzhdat' predmet"... Do konca svoei zhizni (1953 g.) Habbl povidimomu tak i ne reshil dlya sebya, govorit li krasnoe smeshenie o rasshirenii Vselennoi, ili ono obyazano "nekoemu novomu principu prirody". Tak ili inache, ego imya navsegda ostalos' v spiske velichaishih uchenyh vseh vremen.

Krasnoe smeshenie, proporcional'noe rasstoyaniyu, oznachaet ne razbeganie galaktik imenno ot nas, a uvelichenie vseh rasstoyanii mezhdu vsemi ob'ektami Vselennoi (tochnee, mezhdu ob'ektami, ne svyazannym tyagoteniem - t.e. skopleniyami galaktik) so skorost'yu, proporcional'noi velichine rasstoyaniya, podobno tomu, kak uvelichivayutsya rasstoyaniya mezhdu vsemi tochkami, raspolozhennymi na poverhnosti razduvayushegosya shara. Nablyudatel' v lyuboi galaktike vidit, chto vse drugie galaktiki razbegayutsya ot nego. Skorosti rasshireniya Vselennoi ostaetsya odnoi iz samyh vazhnyh zadach astronomii.

Rasskazhem prezhde vsego, kak ee reshal sam Habbl v 1935 g.

U nego byli dannye o krasnom smeshenii 29 blizkih galaktik, nahodyashihsya, odnako, za predelami Mestnoi gruppy: slishkom blizkie galaktiki ispol'zovat' zavedomo nel'zya, tak kak dlya nih skorosti udaleniya ot nas, obuslovlennye rasshireniem Vselennoi, slishkom maly i sravnimy so sluchainymi ih skorostyami v prostranstve.

V etih 29 galaktikah Habbl opredelil zvezdnye velichiny samyh yarkih zvezd. Poskol'ku svetimosti ih vo vseh galaktikah, kak nashel Habbl, primerno odinakovy, ih zvezdnye velichiny dolzhny byt' funkciei rasstoyaniya, i deistvitel'no, oni pokazyvayut zavisimost' ot skorosti udaleniya v.

Eta zavisimost' po dannym Habbla predstavlyaetsya formuloi . S drugoi storony, , , i , gde M - absolyutnaya velichina. Iz etih treh formul i vytekaet vyrazhenie, s pomosh'yu kotorogo opredelyaetsya postoyannaya Habbla: . V obshem vide iz zakona Habbla i formuly sleduet , t.e. .

5. Postoyannaya Habbla

Absolyutnaya velichina yarchaishih zvezd, naidennaya Habblom, byla ravnoi -6,35^m, i velichina H (Habbl oboznachal ee ) poluchilas' 535 (km/s)/Mps.

Poskol'ku svetimost' yarchaishih zvezd byla opredelena sravneniem ih s cefeidami, peresmotr nul'-punkta zavisimosti period - svetimost' (V.Baade, 1952) oznachal neobhodimost' i peresmotra velichiny postoyannoi Habbla. H'yumason, Meioll i Sendidzh v 1955 g., ispol'zovav novye dannye o krasnom smeshenii i uchtya popravku Baade k nul'-punktu zavisimosti period - svetimost', poluchili H=180 (km/s)/Mps.

V 1958 g. Allan Sendidzh, prodolzhaya delo svoego uchitelya Habbla, opublikoval rezul'taty novoi revizii postoyannoi H. Opirayas' glavnym obrazom na Novye zvezdy, Sendidzh prishel k vyvodu, chto moduli rasstoyanii Magellanovyh Oblakov, M31, M33 i NGC 6822 nado uvelichit' v srednem na 2,3^m sravnitel'no so znacheniyami, prinyatymi Habblom. Na stol'ko zhe, sledovatel'no, nado sdelat' yarche absolyutnye velichiny yarchaishih zvezd; oni byli utochneny eshe i putem privlecheniya novyh dannyh o yarchaishih zvezdah galaktik Mestnoi gruppy. No, pomimo etih utochnenii, Sendidzh obnaruzhil u svoego uchitelya eshe i ser'eznuyu oshibku - ob'ekty, kotorye Habbl prinimal za yarchaishie zvezdy v lezhashih za predelami Mestnoi gruppy galaktikah, yavlyayutsya v deistvitel'nosti kompaktnymi emissionnymi tumannostyami, oblastyami HII.

Habbl, kotoryi v dvadcatyh godah mog rabotat' tol'ko s plastinkami, chuvstvitel'nymi k sinim lucham, ne imel vozmozhnosti otlichit' izobrazheniya kompaktnyh oblastei HII ot zvezd, osobenno v dalekih galaktikah. Dazhe v M31, nesmotrya na tshatel'nye poiski, on ne nashel ni odnoi emissionnoi tumannosti, hotya seichas ih tam izvestno 981. Veroyatno, poetomu vozmozhnost' takoi putanicy ne prihodila Habblu v golovu. Lish' Baade, fotografirovavshii M31 v raznyh luchah i, v chastnosti, primenyavshii plastinki, chuvstvitel'nye k krasnym lucham, i svetofil'try, vyrezayushie krasnuyu vodorodnuyu liniyu Hα, smog otyskat' ih. Sendidzh, snimaya galaktiku NGC 4321 = M100 v skoplenii Devy v raznyh luchah, obnaruzhil, chto yarchaishie oblasti HII yarche samyh yarkih zvezd na 1,8^m - vot na skol'ko Habbl preumen'shal modul' rasstoyaniya, opredelyaya ego po "yarchaishim zvezdam". Summarnaya oshibka v prinyatyh Habblom modulyah rasstoyaniya sostavlyaet, sledovatel'no, okolo 4,0^m! V itoge, po ocenke Sendidzha, postoyannaya Habbla dolzhna byt' zaklyuchena v predelah 50-100 (km/s)/Mpk. Prichinu ostavsheisya neopredelennosti on pripisal v osnovnom dispersii absolyutnyh velichin yarchaishih zvezd. Rezul'taty Sendidzha oznachali, chto rasstoyaniya dalekih galaktik Habbl preumen'shal v 6-7 raz!

V 1968 g., Sendidzh opredelil postoyannuyu Habbla drugim sposobom. Eshe Habbl ustanovil, chto yarchaishie chleny skoplenii galaktik - gigantskie ellipticheskie galaktiki - imeyut pochti odinakovuyu absolyutnuyu velichinu. Mozhno i dlya nih postroit' zavisimost' mezhdu vidimymi velichinami i krasnym smesheniem (nizhe privedena eta diagramma dlya 65 yarchaishih galaktik v skopleniyah, postroennaya Sendidzhem, Kristianom i Vestfalem v 1976 g.) i esli opredelit' svetimost' hotya by odnoi iz nih, iz etoi zavisimosti mozhno opredelit' postoyannuyu Habbla, analogichno tomu, kak eto delal sam Habbl s yarchaishimi zvezdami. Osobenno vazhno pri etom, chto my mozhem uiti teper' neizmerimo dal'she - yarchaishie galaktiki skoplenii yarche yarchaishih zvezd na 11^m-12^m! Svetimost' naibolee yarkoi galaktiki v skopleniyah mozhno opredelit', znaya rasstoyanie hotya by odnogo skopleniya. Blizhaishim bogatym skopleniem yavlyaetsya skoplenie v Deve, i Sendidzh ispol'zoval dlya opredeleniya ego rasstoyaniya sharovye skopleniya v ellipticheskoi galaktike M87.

Predpolagaya dalee, vmeste s Sendidzhem, chto svetimost' yarchaishih zvezdnyh skoplenii v bogatyh imi galaktikah odinakova, znaya integral'nuyu absolyutnuyu velichinu yarchaishego skopleniya nashei Galaktiki (-9,7^mB, ω Kentavra) i M31 (-9,8^mB, V282), a takzhe blesk yarchaishego skopleniya M87 (21,3^mV), poluchaem modul' rasstoyaniya M87 i vsego skopleniya galaktik: m-M=21,3^m+9,8^m = 31,1^m. Otsyuda sleduet, chto yarchaishaya galaktika skopleniya Devy (ellipticheskaya galaktika NGC 4472, v kotoroi takzhe ochen' mnogo sharovyh skoplenii) - i, sledovatel'no, yarchaishie galaktiki vo vseh skopleniyah voobshe - imeyut absolyutnuyu velichinu -21,7^m.

Znaya absolyutnuyu velichinu galaktik i zavisimost' ih vidimyh velichin ot krasnogo smesheniya, legko naiti postoyannuyu Habbla. Takim sposobom Sendidzh poluchil v 1968 g. znachenie H=75 (km/s)/Mps, dolgoe vremya schitavsheesya naibolee veroyatnym.

Odnako v serii statei, opublikovannyh v 1974-1975 gg., A. Sendidzh i shveicarskii astronom G. Tamman poluchili dlya postoyannoi Habbla znachenie 55 (km/s)/Mpk. Opredeliv s pomosh'yu cefeid rasstoyaniya galaktik Mestnoi gruppy i gruppy M81, oni poluchili zavisimost' mezhdu lineinymi razmerami oblastei HII i svetimost'yu soderzhashei ih galaktiki. S pomosh'yu etoi zavisimosti oni po uglovym diametram oblastei HII nashli rasstoyaniya mnogih nepravil'nyh i spiral'nyh galaktik polya i opredelili svetimost' gigantskih spiral'nyh galaktik ScI, kotorye mozhno vydelit' po vneshnemu vidu. Dlya 50 slabyh galaktik ScI Sendidzh i Tamman opredelili luchevye skorosti (vse oni okazalis' prevyshayushimi 4000 km/s). Znaya vidimye i absolyutnye velichiny, netrudno poluchit' postoyannuyu Habbla.

Sendidzh i Tamman nastaivali na tom, chto postoyannaya Habbla s oshibkoi primerno v 10% sostavlyaet 50 (km/s)/kps, togda kak Zh. de Vokuler s toi zhe oshibkoi poluchal znachenie H=95. Magicheskoe chislo 10% nerazryvno svyazano s opredeleniyami etoi postoyannoi; napomnim, chto Habbl opredelil ee ravnoi 535 (km/s)/kps - i oshibku ocenil imenno v 10% ... Nado skazat', chto u bol'shinstva astronomov poluchalos' znachenie H mezhdu 75 i 100, i Sendidzh i Tamman byli pochti edinstvennymi storonnikami dlinnoi shkaly rasstoyanii. Otgoloski etogo spora slyshny i do sih por, hotya vozmozhnyi diapazon znachenii postoyannoi Habbla suzilsya.

Eto proizoshlo v osnovnom blagodarya special'noi programme nablyudenii cefeid na Kosmicheskom teleskope imeni Habbla. Oni byli naideny i issledovany v dvuh desyatkah galaktik, v osnovnom v skoplenii Devy, i po rasstoyaniyam etih galaktik byli prokalibrovany metody (Talli-Fishera, Sverhnovye Ia i dr.), pozvolyayushie opredelyat' rasstoyaniya eshe bolee dalekih galaktik, dlya kotoryh mozhno prenebrech' ih sluchainymi dvizheniyami. Odna gruppa issledovatelei, kotoruyu vozglavlyala znatok cefeid V.Fridman, poluchila v 2001 g. znachenie H=72+/-7, a gruppa A.Sendidzha poluchila v 2000 g. velichinu H=59+/-6. Oshibka opyat'-taki ocenena obeimi gruppami tochno v 10%!

6. Rasshirenie Vselennoi

Zadacha opredeleniya postoyannoi Habbla byla stol' ostroi, poskol'ku ot ee znacheniya zavisyat i masshtaby Vselennoi, i ee srednyaya plotnost', i vozrast. Ekstrapoliruya razbeganie galaktik nazad, my prihodim k vyvodu, chto kogda-to oni vse byli sobrany v odnoi tochke. Esli rasshirenie Vselennoi proishodilo s odnoi i toi zhe skorost'yu, to velichina, obratnaya postoyannoi Habbla (), pozvolyaet skazat', chto etot moment t=0 imel mesto 13-19 (H=50) ili 7-10 (H=100) milliardov let nazad. Etot "ekspansionnyi vozrast Vselennoi" pri men'shem znachenii postoyannoi Habbla, kotoroe neizmenno poluchaetsya u Sendidzha, uverenno bol'she vozrasta stareishih zvezd, chego nel'zya skazat' pro znachenie H=100. Vprochem, nyne problema poteryala svoyu ostrotu, poskol'ku teper' ne podlezhit somneniyu, chto rasshirenie Vselennoi protekalo s neodinakovoi skorost'yu. "Postoyannaya" Habbla postoyanna lish' po prostranstvu, no ne vo vremeni.

Nedavnie (2003 g.) sputnikovye izmereniya anizotropii reliktovogo izlucheniya dayut dlya postoyannoi Habbla znachenie 71 (+4\-3) km\s\Mpk, a dlya vozrasta Vselennoi velichinu 13.7+\-0.2 milliarda let (D.Spergel et al., astro-ph/0302209). Pessimisty vse zhe polagayut, chto luchshe govorit' o znacheniyah 45-90 dlya postoyannoi Habbla i vozraste Vselennoi v 14+\-1 milliard let. Nailuchshie nazemnye dannye (osnovannye na rezul'tatah bol'shih obzorov krasnogo smesheniya galaktik, ih pekulyarnyh skorostei i sverhnovyh Ia - C.Odman et al., astro-ph/0405118) dayut dlya postoyannoi Habbla znachenie 57 (+15\-14) km\s\Mpk.

Issledovaniya sverhnovyh tipa Ia v dalekih galaktikah, pervye rezul'taty kotoryh poyavilis' v 1998 g., stali nachalom novoi revolyucii v kosmologii, o kotoroi rasskazyvaetsya v upomyanutoi vyshe stat'e A.D.Chernina. Skazhem zdes' lish' neskol'ko slov.

Ispol'zovanie SNIa v kachestve "standartnoi svechi" dlya opredeleniya ochen' bol'shih rasstoyanii stalo vozmozhnym blagodarya rabotam Yu.P.Pskovskogo, vypolnennym v GAIShe eshe v 1970-h godah. Schitaetsya, chto odinakovost' ih svetimosti v maksimume ob'yasnyaetsya tem, chto yavlenie sverhnovoi Ia proishodit v tesnoi sisteme, vklyuchayushei belyi karlik, na kotoryi proishodit akkreciya veshestva ot vtorogo komponenta.

Kogda massa belogo karlika dostigaet predel'nogo dlya nego znacheniya v 1.4 massy Solnca, proishodit vzryv, prevrashayushii ego ostatok v neitronnuyu zvezdu.

Polozhenie sverhnovyh Ia tipa na diagramme Habbla ukazyvaet na to, chto v sovremennuyu epohu rasshirenie Vselennoi proishodit uskorenno. Naibolee estestvennym obrazom eto ob'yasnyaetsya tem, chto otricatel'noe davlenie kosmicheskogo vakuuma podgonyaet razlet skoplenii galaktik. Antityagotenie vakuuma oznachaet, chto rasshirenie Vselennoi budet proishodit' vechno.

Esli verny eti vyvody teorii, v bolee rannyuyu epohu rasshirenie Vselennoi, naprotiv, dolzhno bylo by idti zamedlenno, poskol'ku ono tormozilos' gravitaciei temnogo veshestva. Ego plotnost' stala men'she plotnosti vakuuma, soglasno teorii, 6-8 milliardov let nazad, i deistvitel'no, nemnogochislennye samye dalekie sverhnovye Ia ukazyvayut na zamedlennoe rasshirenie. Na dnyah etot vyvod byl podtverzhden sovershenno nezavisimymi dannymi sputnika "Chandra" o goryachem gaze, nablyudayushemsya v rentgenovskom diapazone v skopleniyah galaktik. Otnoshenie massy etogo gaza k masse temnogo veshestva dolzhno byt' odinakovo vo vseh skopleniyah i otsyuda mozhno poluchit' rasstoyaniya skoplenii galaktik. Oni pokazali, chto zamedlennoe rasshirenie Vselennoi smenilos' uskorennym 6 milliardov let nazad.

Dominirovanie antigravitacii vakuuma, po mneniyu A.D.Chernina i ego kolleg, ob'yasnyaet takzhe i paradoks, otmechennyi A.Sendidzhem eshe v 1972 g. - rasshirenie Vselennoi bylo otkryto Habblom po galaktikam, nahodyashimsya kazalos' by slishkom blizko, neodnorodnost' ih raspredeleniya v prostranstve i svyazannye s etim gravitacionnye dvizheniya dolzhny byli by zamyt' obshee rasshirenie. Nedavnie dannye, poluchennye I.D.Karachencevym i ego sotrudnikami na 6-m teleskope SAO RAN, podtverzhdayut, chto izotropnoe rasshirenie Vselennoi nachinaetsya ochen' blizko ot nas, srazu zhe za predelami Mestnoi gruppy galaktik.

Itak, astronomicheskie dannye vpervye pozvolili opredelit' plotnost' energii vakuuma; oni chrevaty novoi revolyuciei v fizike, ibo znachenie etoi plotnosti neob'yasnimo sovremennoi teoriei.

7. K krayu Vselennoi

Rasskazhem v zaklyuchenie o rezul'tatah poiskov ob'ektov s maksimal'no bol'shim krasnym smesheniem. Dlya etogo trebovalis' krupneishie teleskopy i mnogochasovye ekspozicii. Dolgie gody i entuziastov i bol'shih teleskopov bylo men'she, chem pal'cev na odnoi ruke. S vvodom v deistvie 200-dyuimovogo teleskopa (na risunke - Habbl v kabine glavnogo fokusa etogo teleskopa, snimok konca 40-h godov) H'yumason smog v 1949 g. izmerit' z=0,20 u galaktiki iz skopleniya v Gidre s V=17,3^m. Linii nochnogo neba dolgo ne pozvolyali poluchit' krasnoe smeshenie dlya bolee slabyh i dalekih galaktik, ispol'zuya linii poglosheniya v ih spektre. Po edinstvennoi emissionnoi linii R. Minkovskii v 1960 g. nashel z=0,46 dlya radiogalaktiki 3C295 (V=19,9^m), dolgo ostavavsheesya rekordnym dlya galaktik. V 1971 g. eto znachenie podtverdil Dzh. Ouk po liniyam poglosheniya, poluchiv zapis' spektra 3C295 s pomosh'yu 32-kanal'nogo spektrometra i opredeliv ego sdvig otnositel'no standartnogo spektra s nulevym krasnym smesheniem. Na etu rabotu ushlo 8 chasov vremeni 200-dyuimovogo teleskopa. V 1929 g. H'yumasonu ponadobilos' 40 chasov na 100-dyuimovom teleskope dlya opredeleniya krasnogo smesheniya galaktiki, na vosem' zvezdnyh velichin bolee yarkoi.

V 1975 g. X. Spinrad s pomosh'yu 3-metrovogo reflektora nashel z=0,637 u radiogalaktiki 3C123 -- s V=21,7^m. Neskol'ko linii v spektre 3C123 Spinrad smog izmerit' s pomosh'yu elektronno-opticheskogo skaniruyushego spektrometra, nakopiv fotony za 7 chasov nablyudenii v techenie 4 nochei.

Eto gigantskaya ellipticheskaya galaktika, vchetvero bolee moshnaya v radiodiapazone, chem Kentavr A. Zatem Sendidzh i ego sotrudniki nashli z=0,53 u radiogalaktiki 3C330. Nakonec, v 1981 g. Spinrad, poluchaya spektry radiogalaktik, nashel z=1,050 dlya 3C13 i z=1,175 dlya 3C427; ekspozicii snova dohodili do 40 chasov, no nablyudalis' ob'ekty, v desyatki tysyach raz bolee slabye, chem v 1929 g.

Izmereniya predel'no bol'shih krasnyh smeshenii ostavalis' udelom odinochek, poka mysl' o tom, chto, izuchaya Vselennuyu na predel'no bol'shih masshtabah, my postigaem fiziku, upravlyayushuyu i mikromirom, ne ovladela massami ...

Astronomiya stala prevrashat'sya, na polveka pozdnee fiziki, v Bol'shuyu nauku, v kotoroi mnogochislennye kollektivy rabotayut na gigantskih ustanovkah. Ogromnuyu rol' sygralo i razvitie elektroniki, privedshee k sozdaniyu effektivnyh svetopriemnikov.

Dlya Anglo-Avstraliiskogo 4-m teleskopa bylo razrabotano ustroistvo, kotoroe s pomosh'yu svetovodov pozvolyaet odnovremenno poluchat' spektry v oblasti razmerom v chetyre kvadratnyh gradusa. Iz 250 000 krasnyh smeshenii galaktik, kotorye zaplanirovano poluchit', k vesne 2001 g. bylo izmereno uzhe 150 000. V eto sotrudnichestve uchastvuyut 20 - 30 chelovek. Bolee masshtabny zadachi Sloanovskogo chislennogo obzora neba, dlya kotorogo na sredstva millionera Sloana byl postroen shirokougol'nyi 3,5-m teleskop. Zadachei obzora yavlyaetsya izmerit', ishodya iz mnogocvetnoi fotometrii, krasnye smesheniya primerno milliona galaktik na chetverti ploshadi nebosvoda. Zdes' zadeistvovano uzhe 150 astronomov iz 11 institutov.

Sredi pervyh ulovov Sloanovskogo obzora bylo obnaruzhenie v 2001 g. kvazara s krasnym smesheniem z=6,28. Odnako uzhe v sleduyushem godu etot rekord byl perekryt i chempionom okazalsya ne kvazar, a galaktika. Kak my znaem, kvazary yavlyayutsya galaktikami s neobychno yarkim yadrom, i ih legche obnaruzhit' na bol'shih rasstoyaniyah. Zafiksirovat' krasnoe smeshenie stol' dalekoi obychnoi galaktiki udalos', potomu chto svetovoi potok ot nee byl usilen v 4,5 raza blagodarya effektu gravitacionnogo linzirovaniya. Eta galaktika, oboznachaemaya HCM 6A, nahoditsya v odnoi minute dugi ot centra massivnogo skopleniya galaktik Abell 370, kotoroe, nahodyas' gorazdo blizhe k nam, i posluzhilo gravitacionnoi linzoi. Blagodarya deistviyu etogo estestvennogo teleskopa i udalos' s pomosh'yu 10-m teleskopa Keck-II na Mauna Kea zafiksirovat' spektr galaktiki v infrakrasnom diapazone. Na dline volny 9190 angstrem byla naidena emissionnaya liniya, kotoraya pochti navernyaka yavlyaetsya liniei Laiman-al'fa, sdvinutoi krasnym smesheniem z=6,56 iz ul'trafioletovoi oblasti spektra.

Eto otozhdestvlenie bylo podtverzhdeno nablyudeniyami na sosednem yaponskom 8-m teleskope Subaru, kotorye pokazali, chto v bolee dalekih infrakrasnyh polosah potok v tysyachi raz slabee, chem v etoi emisionnoi linii, chto soglasuetsya s ee otozhdestvleniem kak linii Laiman-al'fa.

Sleduyushii rekord byl postavlen nedavno s pomosh'yu odnogo iz 8-m teleskopov (VLT) Yuzhnoi Evropeiskoi observatorii na gore Paranal v Chili. Snova ispol'zovalsya effekt gravitacionnoi linzy - iskalis' slabye galaktiki, vidimye tol'ko v infrakrasnoi oblasti, bliz centra bogatogo kompaktnogo skopleniya galaktik Abell 1835. U odnogo iz takih ob'ektov, #1916, v spektre byla naidena edinstvennaya sil'naya liniya, otozhdestvlenie kotoroi s Laiman-al'fa privelo k krasnomu smesheniyu z=10.0. Drugie vozmozhnye otozhdestvleniya otvergayutsya, potomu chto v etom sluchae v spektre dolzhny byli by nablyudat'sya neskol'ko sil'nyh linii (R.Pello et al., astro-ph/0403025). Teper' my znaem, chto obrazovanie galaktik proishodilo pri z, zametno prevyshayushem 10.

Publikacii s klyuchevymi slovami: Postoyannaya Habbla - Rasshirenie Vselennoi - istoriya astronomii - zakon Habbla Publikacii so slovami: Postoyannaya Habbla - Rasshirenie Vselennoi - istoriya astronomii - zakon Habbla

Sm. takzhe: Srednevekovaya astronomiya iz abbatstva Mel'k Antikiterskii mehanizm Ne bogi rasshirenie vselennoi nablyudayut Otkrytie atmosfery Venery Lomonosovym: eksperimental'naya rekonstrukciya sobytiya vo vremya prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda pri pomoshi starinnyh refraktorov Interv'yu s Nobelevskim laureatom astrofizikom Braianom Shmidtom Skoplenie galaktik v Deve NGC 5584 i rasshirenie Vselennoi Vse publikacii na tu zhe temu >>