178

Красное смещение в спектрах галактик

Что же касается движения галактик в пространстве, то в 1929 г. американский астроном Хаббл (1889-1953) сделал сенсационное открытие. При спектроскопическом исследовании света, приходящего от далёких галактик, он установил, что линии в их спектрах расположены не на своих обычных местах, а сдвинуты к красному концу спектра.

В физике известны только две причины, которые могут иметь следствием такое красное смещение. Одной причиной является действие на световые кванты сильного поля тяготения звёзд, обладающих большой массой. Этот эффект легко поддаётся расчёту на основе общей теории относительности, но для объяснения наблюдений Хаббла он совсем не подходит: значение красного смещения, получаемого в результате такого расчёта, получается слишком малым.

Тогда в качестве второй возможной причины остаётся эффект Допплера. Используя его, получаем такой ответ: все галактики движутся от нас со скоростью, которая должна быть тем больше, чем сильнее спектральные линии сдвинуты к красной области.

Но самым поразительным в этом открытии является следующее обстоятельство. Значение красного смещения пропорционально расстоянию r до наблюдаемой звёздной системы

179

Красное смещение спектральных линий пропорционально расстоянию

Следовательно, скорость V, с которой «разбегаются» галактики, должна быть пропорциональна расстоянию r.

Итак, скорость разбегания галактик V = α х r,

где коэффициент пропорциональности — это так называемая постоянная Хаббла

α = 0,25 х 10-17 сек-1

.Смысл этой постоянной попробуем объяснить на следующем примере. Пусть расстояние до некоторой галактики r = 14 х 106 пс = 43,2-1019 км. Тогда по формуле V = α х r скорость её удаления от нас

v = 0,25 х 10-17 сек-1 х 43,2 х 1019 км =1080 км/сек.

Для относительного изменения длины волны λ вследствие эффекта Допплера:

Δλ : λ = v : с

Если мы подставим здесь для скорости v удаляющегося от нас объекта её выражение из формулы V = α х r, то получим

красное смещение в спектрах галактик —  Δλ : λ = (α х r) : с.

Из всех обнаруженных до настоящего времени объектов наиболее удалена от нас туманность, которая была сфотографирована в виде маленького расплывчатого пятнышка при помощи 5-метрового телескопа.

По смещению спектральных линий скорость удаления этой туманности составила 144 000 км/сек, т. е. около 46% скорости света. Отсюда находим, что расстояние до этого объекта составляет 6 млрд. св. лет.

Величина красного смещения Δλ : λ = v : с = 0,46 даёт, например, для линии, лежащей в фиолетовой части спектра при λ = 380 нм, значение Δλ = 380 нм х 0,46 = 175 нм. В спектре этой туманности фиолетовая линия находится в том месте, где в спектре земного источника должна быть зелёная линия 380 + 175 = 555 нм.

Об эффекте Хаббла очень много писали, думали и философствовали. С самого начала надо предупредить, что постоянная α получена в результате приближённых расчётов, а точное её значение отнюдь не известно.

Дело в том, что расстояния между галактиками огромны, и установить точные значения этих расстояний при помощи современных приборов очень трудно. Следовательно, понижается надёжность определения α. Кроме того, при больших скоростях разбегания в формулу, выражающую эффект Допплера, надо внести поправку на основе теории относительности. Всё сказанное убеждает нас в том, что делать далеко идущие выводы из обнаруженного разбегания галактик было бы крайне неосторожно.

Если же мы примем это разбегание как бесспорный факт, то можно сказать, что галактики ведут себя совсем не так, как ведёт себя взломщик, за которым гонится полиция. Чем дальше галактики удалены от нас, тем быстрее они «убегают». Их скорость возрастает примерно на 75 км/сек при увеличении расстояния на каждый мегапарсек (1 Мпс = 106 пс). Наблюдателю с Земли кажется, что Вселенная разбегается по радиальным направлениям во все стороны. Она разлетается как разорвавшаяся граната, и чем это в конце концов завершится, пока не может сказать никто.

Но делать отсюда вывод, что система Млечного Пути или тем более наша Земля были раньше центром Вселенной, было бы глупым зазнайством. Скорее всего надо принять, что эта картина радиального разбегания галактик должна выглядеть из любой точки мира абсолютно так же, как и с Земли. Но это уже относится к строению Вселенной, к её геометрии.

Свои результаты коллаборация представила на совещании Американского физического общества в апреле 2014 года в Саванне в Джорджии. Пресс-релиз доступен на сайте Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Учёные из группы BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, Спектроскопическое изучение барионных осцилляций) сообщили о новых данных по измерению барионных акустических осцилляций. BOSS проанализировала данные свыше 150 тысяч квазаров и сделала измерения БАО и пришли к выводу.

В нашей Вселенной, когда она была в четыре раза моложе, чем сейчас, две галактики, которые удаленны друг от друга на 1 миллион световых лет, будут «разбегаться» друг от друга со скоростью 68 километров в секунду. Точность исследования составляет 1-1,5 километра в секунду.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here