Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной
Шрифт:
Балдж, диск и гало темной материи. Классификация Хаббла не учитывала гало, имеющее большую массу и протяженность, и основывалась на внешнем виде миноритарных компонентов.
Вероятно, она и вправду хороша, раз используется до сих пор. Однако также можно сказать, что это происходит по инерции — как, например, мы пользуемся терминами «ранняя» и «поздняя», хотя временной параметр для классификации Хаббла не является значимым.
Ответ на вопрос, вынесенный в заголовок, не так прост. Хорошая классификация должна быть как можно более простой и охватывать значительное
Можно подумать, что классификация получила признание по стечению обстоятельств, так как она основывалась только на данных фотопластинок, покрывавших малую зону электромагнитного спектра — его видимую часть. Вид галактик с другой длиной волны существенно отличается. Более того, сегодня считается, что галактики представлены в основном темной материей и видимая материя — это около 1 % от ее состава. Видимая материя важна, потому что мы можем наблюдать ее, но с точки зрения динамических и структурных параметров это не более чем светящееся украшение (см. схему на стр. 96).
Как можно основывать классификацию на миноритарном компоненте — видимой материи, относящейся к минимальной, видимой части спектра? Стал бы Хаббл предлагать такую типологию, если бы видел изображения, сделанные в гамма-лучах, или если бы знал о распределении темной материи в гало галактик?
С другой стороны, ученый основывался на внешнем виде рукавов спиралей. Сегодня мы знаем, что рукава представляют собой волны плотности, они легко различимы, именно там рождаются новые звезды и обнаруживаются яркие временные звезды. Но несмотря на то что рукава спиралей довольно заметны благодаря феномену светимости, они не являются такими же важными для распределения массы, которое в большей степени зависит от осей симметрии. Классифицировать галактики по рукавам — то же самое, что говорить о море как о представляющем собой нечто с волнами. Более логично дать определение, указав химический состав воды, глубину и другие параметры, а не останавливаться на такой характеристике, как наличие волн.
Балджи также не являются основополагающим отличием. Действительно, их формирование влияет на эволюцию галактик, но речь идет о возмущении, по природе схожем с рукавами спиралей. Различие между эллиптическими и спиральными галактиками более значимо, чем различие спиральных галактик с бал джем, баром и без таковых. Возможно, правильнее было бы говорить о спиральных галактиках, а в качестве подструктурной классификации описать балджи, кольца и другие характерные черты таких галактик.
Конечно, неправильно было говорить также о поздних и ранних галактиках, в чем справедливо упрекал Хаббла Астрономический союз: возраст не является параметром, связывающим разные типы галактик. Но какой же параметр является таковым? Или мы можем просто сказать, что бывают эллиптические, линзовидные, спиральные и иррегулярные галактики, не настаивая на их расположении? Например, можно сказать, что классификация была сделана очень давно и не учитывала линзовидные галактики, открытые позднее.
Классификация Хаббла имеет много недостатков, которые мы уже указали, также она не учитывает важные структурные феномены, такие как наличие активного ядра (черной дыры в центре) и ядерные эжекции. Его типология кажется довольно произвольной, но почему тогда ее продолжают использовать?
Различение типов галактик было сделано на основании изображений на фотопластинках. Так, у спиральных галактик есть диск и балдж. Распределение яркости балджа похоже на эллиптическую галактику. В каком-то смысле эллиптическая галактика представляет собой спираль без диска. Но если мы пойдем от Sa к поздним галактикам, не только будут раскрываться рукава: более важно с точки зрения структуры то, что балдж будет уменьшаться, у диска будет пропорционально больше газа, а значит больше возможностей для создания звезд. В эллиптических галактиках практически нет газа. Линзовидные представляют собой галактики с диском без газа. Морфологические признаки связаны со структурными особенностями.
От чего зависит эллиптичность галактик? Изначально предполагалось, что это связано с вращением: чем выше его скорость, тем более плоскую модель мы получаем. Сегодня мы знаем, что приплюснутость связана не с вращением, а с анизотропическим распределением скоростей звезд внутри галактики.
В основной последовательности классификации звезд имеется единый параметр, объясняющий их положение, — масса звезды (а не время, как ученые думали изначально). Возможно, для галактик такого параметра не существует. Эллиптические галактики могут впоследствии создать диск, спиральные — могут утратить диск, сметенный горячим межгалактическим газом, слияние двух спиральных галактик может стать причиной появления эллиптической галактики. Существуют и другие эффекты, и все это позволяет говорить о том, что классификация галактик связана с определенными сложностями.
ГЛАВА 3
Закон Хаббла
Для света, испускаемого галактикой, характерно красное смещение. Связано ли это с эффектом Доплера и скоростью удаления? Хаббл был скрупулезен и объективен, так что говорил только о кажущейся скорости. Его знаменитый закон — это отношение между красным смещением и расстоянием. Кто же сформулировал его первым?
За 13 лет до Хаббла свои предположения делал де Ситтер, а первым получил это отношение Леметр, используя данные опубликованных наблюдений.
Но даже если Хаббл и Хьюмансон не были первыми, они подтвердили теорию огромным количеством данных.
Когда в 1928 году Хаббл вернулся из очередной поездки по Европе, Хьюмансон встретил его, будучи в большом возбуждении. Дело было в том, что он услышал комментарии некоторых астрономов, касавшиеся расстояний до галактик (они были опубликованы и самим Хабблом) и разных скоростей их удаления. Об отношении расстояния и скорости говорили многие, но Хьюмансон услышал мнение, что чем слабее туманности, тем больше расстояние до них и больше красное смещение. Если скорость и расстояние действительно связаны, именно майор Хаббл должен был подтвердить это соотношение и точно сформулировать его. У Хаббла и Хьюмансона было все, чтобы проверить догадку. Хьюмансон умолял Хаббла: «Прикажите мне, и я все проверю».
Оба погрузились в работу. Хьюмансон начал находить все новые и новые туманности, очень слабые и далекие, он получал пластинки спектров. Ученые должны были приступить к анализу линий Н и К кальция, а Хаббла ждал поиск новых методов определения расстояния, так как в отдаленных туманностях не было никакой возможности обнаружить цефеиды.
Новый метод Хаббла был связан с более яркими галактиками в их скоплениях. Ученому не понадобилось много времени, чтобы понять: большинство галактик объединены в скопления. Было логично предположить, что галактики одного скопления находятся на одном расстоянии. В скопления входят более и менее яркие галактики, поэтому поток отдельной галактики был недостаточно показателен для определения расстояния. Статистическое значение имело только отношение потока и расстояния. Однако при выборе наиболее ярких галактик из скопления, по уверениям Хаббла, показатель расстояния был значительно лучше. Хотя метод не был таким же точным, как метод цефеид, все же его можно было использовать: ничего лучшего на тот момент все равно не существовало.
Слайфер получил скорости множества спиральных галактик, но для того чтобы сформулировать положение, известное нам сегодня как закон Хаббла, нужно было измерить скорость большего количества галактик, и самым важным было измерение скорости удаленных галактик, недоступных для наблюдения в слабый телескоп — именно такой был у Слайфера. Для дальнейшей работы нужен был 100-дюймовый телескоп Маунт-Вилсона. Астроном-ассистент Мильтон Хьюмансон, которого называли просто Мильт, отыскивал в небе очень слабые галактики и получал их красное смещение. На основании этих данных майор Хаббл вычислял скорость, при этом Мильт удивлялся быстроте его расчетов. На самом деле Хабблу требовалось всего лишь умножить красное смещение на скорость света. Хьюмансон получал все более и более высокие скорости. Сначала он нашел галактику с кажущейся скоростью 3000 км/с, что было значительно больше максимальной скорости, вычисленной Слайфером. Но эта цифра оказалась несущественной, так как в один прекрасный для астрономии день в результате измерений Мильт получил скорость 20000 км/с. Исследователи начали получать скорости, составляющие десятую часть недостижимой скорости света. Когда скорость достигнет скорости света, будет ли это означать, что ученые добрались до края Вселенной? Мильт и майор Хаббл чувствовали, что чудесное открытие все ближе.