Main menu:

Царство туманностей

В 1923 г. Эдвин Хаббл приступил к составлению карты пространственного распределения галактик; в основу ееТуманность Пузырь были положены результаты наблюдений, проведенных с помощью 100-дюймового телескопа на обсерватории Маунт-Вилсон. Тогда это был крупнейший телескоп в мире, а сам Хаббл обладал редкостным для астронома сочетанием широких научных интересов с умением хорошо разбираться в технических проблемах, которые необходимо было решить, чтобы перейти от догадок к научной картине мира. Возможно, это было самое плодотворное со времен Галилея соединение мощного телескопа и могучего ума.

Что надеялся обнаружить Хаббл? Судя по распределению ярких галактик на небесной сфере, ясно вырисовывалась тенденция к образованию групп галактик; очевидно, распределение галактик в пространстве также должно следовать этой тенденции. Было естественно предполагать, что галактики, подобно звездам, образуют иерархические структуры. Нижний уровень иерархии наглядно виден на примере пространственного распределения ближайших галактик. Малое и Большое Магеллановы Облака, несомненно, являются спутниками нашей Галактики; наша Галактика и Туманность Андромеды являются, по-видимому, самыми массивными членами более крупной группировки - Местной Группы, а еще более протяженные группировки, ряд из которых содержит сотни галактик, явно просматривались на фотографиях, полученных с помощью 100-дюймового телескопа при длительных экспозициях. Исходя из того что галактики, подобно звездам, образуют иерархию самогравитирующих скоплений, какие выводы можно было сделать об их пространственном распределении в очень больших масштабах? На этот вопрос возможны три различных ответа.

1. Имеется крупнейшая самогравитирующая система галактик - Метагалактика, которая для отдельных галактик играет ту же роль, что Млечный Путь для отдельных звезд. Эту точку зрения вплоть до 1965 г. отстаивали шведские физики-теоретики Оскар Клейн и Ханс Альфвен.

2. Иерархия скоплений безгранична: имеются системы, массы и размеры которых больше, а средняя плотность меньше любого наперед заданного значения. Эта модель Вселенной была предложена в 1908 г. шведским астрономом К. Шарлье.

3. Существует максимальный масштаб скучивания. При усреднении по областям размером, намного превосходящим этот масштаб, пространственное распределение галактик однородно. Именно эту свою гипотезу и намеревался проверить Хаббл.

Если брать распределение ярких галактик, то оно неоднородно в очень больших угловых масштабах. Хаббл понял, что единственный путь обнаружить возможную крупномасштабную однородность - попытаться сфотографировать настолько удаленные галактики, что даже самые крупные скопления на этих расстояниях будут иметь очень малые угловые размеры. 60-дюймовый и 100-дюймовый рефлекторы позволяли Хабблу фотографировать очень слабые и удаленные галактики, хотя на каждой отдельной фотографии получалось изображение лишь небольшой области неба. 100-дюймовый телескоп, например, дает возможность получить резкие изображения области, по размерам равной полной Луне. Таким образом, Хабблу пришлось пожертвовать полнотой охвата неба ради глубины проникновения. За несколько лет, используя оба больших рефлектора, он выявил «1283 отдельных объекта, довольно равномерно распределенные на 75% площади небесной сферы».

В высоких широтах Галактики, т. е. вблизи двух галактических полюсов, распределение галактик было почти однородным. По мере уменьшения галактической широты количество галактик с яркостью выше заданного значения, приходящихся на площадь в 1 кв. градус, систематически уменьшалось, а в непосредственной близости от галактического экватора галактик вообще не было видно.

Ширина области, в которой не наблюдается ни одной галактики, меняется в пределах 10-40°; эта область имеет асимметричную форму. Хаббл заключил, что наличие такой «зоны избегания» обусловлено сравнительно небольшим числом плотных, поглощающих свет облаков; подобные соображения высказывались астрономами и прежде. Затем, перейдя к изучению распределения галактик на небе вне названной зоны, Хаббл обнаружил, что в областях неба, где не наблюдается непосредственно поглощение света, число галактик на 1 кв. градус систематически уменьшается в направлении к галактическому экватору. Он объяснил это уменьшение, предположив существование поглощающего свет однородного слоя вещества, который расположен симметрично вдоль плоскости Галактики.

Затем Хаббл перешел к изучению распределения галактик в пространстве, т. е. по глубине. Равномерное распределение слабых галактик по небесной сфере в областях, не экранированных пылевыми облаками Галактики, могло означать либо то, что Вселенная представляет собой сферу (и мы волею судьбы оказались вблизи ее центра), либо то, что пространственное распределение галактик действительно равномерное, если пренебречь некоторыми локальными неоднородностями. Чтобы сделать «выбор» между этими возможностями, следует определить из наблюдений, как быстро возрастает число видимых галактик в пределах области площадью 1 кв. градус по мере уменьшения предельного значения яркости, ограничивающего подсчет. Предположим, что светимость всех галактик одинакова и расположены они в пространстве равномерно. Хаббл смог проверить гипотезу статической однородности, производя подсчеты числа галактик с яркостью выше некоторого предельного значения, которое постепенно уменьшалось. Он обнаружил, что результаты подсчетов соответствуют предсказанной зависимости (если учесть ослабление света, обусловленное расширением Вселенной). В 1936 г. Хаббл подвел итог своим исследованиям:

Нет доказательств оскудения, нет никаких следов физической границы. Нет ни малейшего намека на существование сверхсистемы туманностей, отделенной от остального мира. Таким образом, в дальнейшем мы с полным основанием можем применять принцип однородности, считая, что любая другая область Вселенной в среднем точно такая же, как и наблюдаемая нами. Мы можем предполагать, что царство туманностей и есть Вселенная, а доступная наблюдению область - одна из ничем не примечательных ее частей.