Космические рубежи теории относительности

В конце 1920-х годов Хаббл сделал новые важные открытия, касающиеся природы внегалактических объектов. Во-первых, он нашёл, что галактики можно классифицировать по четырем основным типам. Кроме обычных спиральных галактик, таких, как М 31 и М 101, имеются аналогичные объекты, сквозь ядра которых проходит как бы стержень. На рис. 1.4 приведен характерный пример одной из подобных пересеченных спиральных галактик.

Кроме спиральных и пересеченных спиральных галактик имеется и третий тип объектов, у которых вообще отсутствуют спиральные рукава. Такие галактики имеют вид эллиптических бесструктурных пятен и называются эллиптическими галактиками. Некоторые из самых ярких галактик неба, например М 87 (рис. 16.3), - это эллиптические галактики.

РИС. 16.3. Гигантская эллиптическая галактика М 87. У многих галактик, как и у этого объекта в созвездии Девы, вообще не наблюдается спиральных рукавов. Такие галактики называют эллиптическими. Эллиптическими являются некоторые из самых ярких галактик неба. (Ликская обсерватория.)

Наконец, те галактики, которые не могут быть причислены ни к одному из трёх предыдущих типов (т. е. к спиральным, пересеченным спиральным или эллиптическим), часто обладают необычной формой. Эти странные по своему виду галактики (например, М 82 на рис. 16.4) называются неправильными галактиками. К числу неправильных галактик относятся и две самые близкие к нашему Млечному Пути - Малое и Большое Магеллановы Облака, которые можно видеть невооруженным глазом в южном полушарии.

РИС. 16.4. Взрывающаяся галактика М 82. Этот объект в созвездии Большой Медведицы является образцом неправильной галактики. Искаженный вид галактики М 82 объясняется тем, что она находится в состоянии взрыва. (Обсерватория им. Хейла.)

РИС. 16.5. Красное смещение в спектрах галактик. Здесь приведены фотографии пяти эллиптических галактик и их спектров. Во всех спектрах заметно красное смещение, прямо пропорциональное расстоянию до галактик. Это показывает, что Вселенная расширяется. (Обсерватория им. Хейла.)

Хаббл не ограничился тем, что создал классификацию галактик по их внешнему виду. Кроме того, он исследовал спектры многих внегалактических объектов. Анализируя спектры далеких галактик, он заметил, что почти во всех этих спектрах наблюдается красное смещение. На рис. 16.5 видно, что спектральные линии сдвинуты к красному концу спектра. К 1929 г. Хаббл пришел к выводу, что существует прямая взаимосвязь между красным смещением в спектрах галактик и расстоянием до них. Самые близкие галактики имеют наименьшее красное смещение, т. е. медленно движутся от нас. Более далекие галактики обладают намного большими значениями красного смещения, а значит, движутся от нас намного быстрее. Эта связь между расстоянием и скоростью разбегания нагляднее всего выражается в форме графика. Он приведен на рис. 16.6 и иллюстрирует закон Хаббла.

РИС. 16.6. Закон Хаббла. Существует прямая пропорциональность между скоростями галактик и расстояниями до них. Галактики, расположенные близко от нас, удаляются очень медленно, а более удалённые галактики разбегаются с гораздо большими скоростями. Такая зависимость показывает, что Вселенная расширяется.

Значение закона Хаббла прежде всего состоит в следующем: так как все галактики становятся всё дальше и дальше друг от друга, то наша Вселенная должна расширяться! К тому же по наклону прямой на рис. 16.6 можно подсчитать, когда именно все галактики должны были находиться в одном и том же месте. Согласно самым последним и самым точным данным (полученным, в частности, в работах Аллана Сэндиджа в обсерватории им. Хейла, США), 18 миллиардов лет назад Вселенная должна была находиться в чрезвычайно сжатом состоянии. Затем по какой-то неизвестной причине произошел колоссальной силы взрыв (его так и называют Большим Взрывом), после чего началось расширение Вселенной. Самым непосредственным выводом из фундаментальной работы Хаббла является заключение, что Вселенная расширяется в результате первичного взрыва, происшедшего примерно 18 миллиардов лет назад. Таковы основные элементы теории, которая называется космологией Большого Взрыва.

В 1960-х годах астрономы приступили к чрезвычайно подробным наблюдениям галактик и, к своему большому удивлению, обнаружили, что в центрах галактик, по-видимому, часто происходят чудовищные катастрофы. Так, например, в неправильной галактике М 82 сейчас наблюдается чудовищный взрыв, буквально разрывающий галактику на части. Струи газа вырываются из этой галактики со скоростями, превышающими 15000 км/с.