0 0
Закон всеобщего разбегания галактик.
Красное смещение в спектрах галактик.
В 1929 году Хаббл обнаружил, что линии спектров всех галактик, кроме нескольких галактик из числа самых близких, смещены в красную сторону. Если объяснять это явление эффектом Доплера, то получается что почти все галактики удаляются от нас со скоростью, которая определяется из пропорции
v/с = Δλ/λ,
где с - скорость света, а отношение Δλ/λ определяется по спектру галактики. Хаббл также установил, что отношение Δλ/λ пропорционально расстоянию до галактики. В 1936 и 1953 годах Хаббл показал, что эта закономерность справедлива для всех галактик, включая самые слабые, в результате чего обнаруженная им закономерность приобрела характер всеобщего закона, который получил название закона красного смещения спектров галактик (закона Хаббла). Этот закон является одним из фундаментальных законов Вселенной.
Полагая закон красного смещения спектров галактик справедливым (что подтверждается наблюдательными данными) и объясняя его эффектом Доплера (что не является пока строго доказанным, но принимается ввиду отсутствия других удовлетворительных объяснений), то получается, что галактики удаляются со скоростями пропорциональными их расстояниям до наблюдателя
v = Hxr,
где r - расстояние до галактики, а Н - коэффициент пропорциональности, который называется постоянная Хаббла.
Принятие закона Хаббла приводит к выводу, что некогда в прошлом все галактики, или материя, из которой они сформировались, вылетели одновременно но с разными скоростями из некоторого сравнительно малого объема.
Построение шкалы внегалактических расстояний.
Если бы закон Хаббла выполнялся точно и коэффициент Н был бы известен, то можно было бы определить расстояние до галактики определив из наблюдений Δλ/λ и вычислив лучевую скорость.
Но закон Хаббла выполняется неточно, потому что наряду с общим расширением пространства у галактик имеются собственные скорости в некоторых случаях достигающие 600 км/с. В случае малых скоростей удаления галактик, а, следовательно, и малых расстояний до них точность закона Хаббла невысока. Поэтому для надежного определения Н необходимо у какой-нибудь галактики, достаточно удаленной от наблюдателя, измерить красное смещение спектра и вычислить v. Кроме того, необходимо независимо измерить расстояние до этой галактики, после чего определить значение коэффициента Н.
Для независимого определения расстояния Хаббл определил расстояние до туманности Андромеды по долгопериодическим цефеидам, после чего по видимым звездным величинам ярчайших звезд этой галактики определил их абсолютные звездные величины и, предположив, что средняя абсолютная звездная величина ярчайших звезд во всех спиральных галактиках одинакова, определил видимые звездные величины у некоторых ярчайших звезд нескольких спиральных галактик из скопления галактик в созвездии Девы. Из сравнения их видимых и абсолютных звездных величин Хаббл получил расстояние до скопления галактик в созвездии Девы и получил значение Н, равное 540 км/с на мегапарсек.
Для большей точности желательно было бы использовать более далекие галактики, но в них уже и ярчайшие звезды становятся невидимыми.
Полагая, что за время существования галактик их скорости не претерпели существенных изменений Хаббл вычислил, что примерно два с половиной миллиарда лет назад произошел взрывной процесс, положивший начало существованию современной Вселенной.
Пересмотр шкалы внегалактических расстояний.
К концу 50-х годов ХХ века выяснилось, что принятая по расчетам Хаббла шкала внегалактических расстояний приводит к малоправдоподобному выводу, что наша Галактика - самая большая галактика из всех наблюдаемых, кроме того все входящие в нее объекты превосходят по светимости аналогичные объекты в других галактиках.
В 1954 году Бааде попытался при помощи вступившего в строй 5-метрового телескопа обнаружить в туманности Андромеды короткопериодические цефеиды. Обнаружить их ему не удалось, зато были обнаружены долгопериодические переменные звезды типа Миры Кита. Средняя абсолютная звездная величина таких звезд надежно установлена путем сравнения их в шаровых звездных скоплениях нашей Галактики с короткопериодическими цефеидами. Полученные в результате наблюдений Бааде результаты удалось объяснить, предположив, что туманность Андромеды находится примерно в два раза дальше, чем считалось ранее. Причина ошибки, приведшей Хаббла к неправильной оценке расстояния до туманности Андромеды состояла в неправильной зависимости период - абсолютная звездная величина, которую использовали для долгопериодических цефеид при определении расстояний. После исследования Бааде значение постоянной Хаббла уменьшилось вдвое, а оценка времени прошедшего после начала взрывного процесса вдвое увеличилась.
В 1958 году Сендидж, используя более мощный телескоп, чем Хаббл, исследовал галактику NGC 4321, которую Хаббл использовал для привязки метода определения расстояний по лучевым скоростям к методу ярчайших звезд. Он надежно отделил звезды от сгустков туманностей и определил расстояние до этой галактики более точно, чем Хаббл. Она оказалась в 2,3 раза дальше, чем предполагалось, а всего в 4,6 раза дальше, чем считал Хаббл. Кроме того, исследуя вопрос о расстоянии до ближайших галактик не только по цефеидам, но и по новым звездам Сендидж уточнил данные, полученные Бааде. Окончательный результат оказался таков, что все расстояния для отдаленных галактик должны быть увеличены в 6 - 7 раз, а расстояния до ближайших галактик, которые определялись по методу цефеид должны быть увеличены в 2,5 раза.
По результатам современных исследований значение постоянной Хаббла Н заключено в пределах от 50 до 80 км/с на Мпс. Время, прошедшее с момента взрыва, давшего начало материи, из которой сформировались галактики и составляющие их звезды оценивается в 13 - 20 миллиардов лет.