§ 6.7. Красное смещение в спектрах далеких галактик. Пространственное распределение галактик. Метагалактика

В 20-х гг. 20 века американский ученый Эдвин Хаббл обнаружил, что чем дальше находится от нас галактика, тем больше ее спектральные линии смещены в красную сторону. Красное смещение было интерпретировано как доплеровское смещение, связанное с удалением галактик от нас. В 1929 году Хаббл сформулировал закон: скорости удаления галактик возрастают пропорционально расстоянию до них:

где H  постоянная Хаббла. В соотношении (6.12) V выражено в км/с, а r  в Мпс.

Этот закон получил название закона Хаббла. Постоянная Хаббла в настоящее время принимается равной H = 72 км/(с∙Мпк).

Закон Хаббла позволяет говорить о том, что Вселенная расширяется. Однако это вовсе не означает, что наша Галактика является центром, от которого и идет расширение. В любой точке Вселенной наблюдатель увидит ту же самую картину: все галактики имеют красное смещение, пропорциональное расстоянию до них. Поэтому иногда говорят, что расширяется само пространство. Это, естественно, следует понимать условно: галактики, звезды, планеты и мы с вами не расширяемся.

Зная величину красного смещения , например, для какой-нибудь галактики, мы можем с большой точностью определить расстояние до нее, используя соотношение для эффекта Доплера (6.3) и закон Хаббла. Но для z  0,1 обычная формула Доплера уже неприменима. В таких случаях пользуются формулой из специальной теории относительности:

Галактики очень редко бывают одиночными. Обычно галактики встречаются небольшими группами, содержащими по десятку членов, часто объединяющимися в обширные скопления сотен и тысяч галактик. Наша Галактика входит в состав так называемой Местной группы, включающей в себя три гигантские спиральные галактики (наша Галактика, туманность Андромеды и галактика в созвездии Треугольника), а также несколько десятков карликовых эллиптических и неправильных галактик, крупнейшими из которых явля ктик составляют несколько мегапарсеков. Они делятся на иррегулярные и регулярные скопления. Иррегулярные скопления не обладают правильной формой и имеют нерезкие очертания. Галактики ются Магеллановы Облака.

В среднем размеры скоплений гала в них весьма слабо концентрируются к центру. Примером гигантского рассеянного скопления может служить ближайшее к нам скопление галактик в созвездии Девы. На небе оно занимает примерно 120 кв. градусов и содержит несколько тысяч преимущественно спиральных галактик. Расстояние до центра этого скопления составляет около 15 Мпс.

Регулярные скопления галактик более компактны и симметричны. Их члены заметно концентрируются к центру. Примером сферического скопления является скопление галактик в созвездии Волос Вероники, содержащее очень много эллиптических и линзовидных галактик. В нем содержатся около 30 000 галактик ярче 19 фотографической звездной величины. Расстояние до центра скопления составляет около 100 Мпс.

 Со многими скоплениями, содержащими большое число галактик, связаны мощные протяженные источники рентгеновского излучения.

Есть основания полагать, что скопления галактик в свою очередь также распределены неравномерно. Согласно некоторым исследованиям, окружающие нас скопления и группы галактик образуют грандиозную систему — Сверхгалактику или Местное сверхскопление. Отдельные галактики при этом, по-видимому, концентрируются к некоторой плоскости, которую можно называть экваториальной плоскостью Сверхгалактики. Только что рассмотренное скопление галактик в созвездии Девы находится в центре такой гигантской системы. Скопление в Волосах Вероники является центром другого, соседнего сверхскопления.

Наблюдаемую часть Вселенной обычно называют Метагалактикой. Метагалактику составляют различные наблюдаемые структурные элементы: галактики, звезды, сверхновые, квазары и т.д. Размеры Метагалактики ограничены нашими возможностями наблюдений и в настоящее время приняты равными 10²⁶ м. Ясно, что понятие размеров Вселенной весьма условно: реальная Вселенная безгранична и нигде не кончается.

Многолетние исследования Метагалактики выявили два основных свойства, составляющие основной космологический постулат:

1. Метагалактика однородна и изотропна в больших объемах.

2. Метагалактика не стационарна.