в чем заключается красное смещение в спектрах галактик
Эффект красного смещения галактик (Закон Хаббла)
Гравитационное красное смещение
Американский астроном Эдвин Хаббл совершил одно из своих величайших открытий совершенно случайно. В 1929 году, работая на 100-дюймовом хейловском телескопе и измеряя спектральные свойства галактик У. Гершеля, он отметил одну любопытную закономерность.
Сами галактики вроде бы были во многом схожи по строению с нашим Млечным путем, но вот спектры ярчайших звезд из этих далеких галактик, заметно отличались от спектров “местных звезд нашей галактики. Все они были характерно “сдвинуты” в более длинноволновую, или красную сторону спектра. Эффект сразу же получил вполне говорящее название – эффект красного смещения.
Вот так и выглядит красное смещение – с Земли мы видим не реальный спектр далекой звезды, а его же, но сдвинутым в красную сторону
Любопытно было также и то, что в пределах одной галактики, красное смещение звезд было как правило примерно одинаковым, но вот для разных галактик оно заметно отличалось.
Вскоре Э.Хабблу удалось установить закономерность: величина красного смещения прямо пропорциональна расстоянию до галактики.
Иными словами – чем больше эффект красного смещения, тем дальше от нас находится наблюдаемая галактика. Развивая эту идею, Эдвин Хаббл пришел к тому, что сейчас нам известно как закон Хаббла, выражающийся формулой:
где: c – скорость света, z – величина красного смещения, r – расстояние до галактики, а H – постоянная Хаббла (70 (км/с) · Мпк−1.).
Интересно, что закон Хаббла можно подвергнуть довольно занятной проверке – зная, что все пространство “в начале времен” было сжато в одну точку и оценив величину красного смещения для самых удаленных объектов, можно было бы рассчитать теоретический возраст нашей вселенной (т.н. Хаббловский возраст вселенной).
Хаббловский возраст вселенной в итоге почти точно соответствует “стандартному возрасту” вселенной, рассчитываемому по космологической модели Фридмана.
Почему появляется красное смещение
Почему же появляется эффект красного смещения? Корни этого явления стоит искать именно в непрерывном расширении вселенной. Известно, что при удалении источника любых колебаний от наблюдателя, их частота уменьшается из-за эффекта Доплера (в простейшем виде это можно представить так – вы стоите на одном месте, а звук двигателей пролетающего над вами самолета слабеет и меняет тон в зависимости от того насколько далеко он улетел).
Объект удаляется от нас – мы видим красное смещение, объект приближается – мы видим синее смещение
С красным смещением картина хоть и выглядит несколько масштабнее, но эффект имеет тот же самый – частота испускаемого звездой света (впрочем, вообще любых волн) меняется по мере удаления от массивных космических объектов (звезд и т.п.). В наблюдениях красное смещение хорошо заметно как сдвиг спектральных линий в излучении источников, близких к массивным телам, в красную область спектра.
Интересно, что у красного смещения есть и противоположность – гравитационное синее смещение. Смещение в синий край спектра приобретает свет приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, иными словами – если источник света не удаляется от нас (как “разбегающиеся” галактики), а напротив – приближается с достаточной скоростью, его свечение смещается к синему краю спектра.
Что такое красное смещение, и кто его открыл?
Идея расширяющейся Вселенной не сразу завоевала твердые позиции в научном мире. Она возникла благодаря спектральному анализу излучения космических объектов. О том, что представляет собой красное смещение, подтвердившее общепринятую теперь теорию разлета галактик, и кем это явление было открыто, – в материале 24СМИ.
Что такое красное смещение
Когда длина волн электромагнитного излучения какого-либо космического объекта увеличивается, то спектральные линии сдвигаются к красному концу спектра. Это явление, зафиксированное в тех случаях, когда объект удаляется от наблюдателя с околосветовой скоростью, получило в астрономии название «красное смещение». В зависимости от причины ученые выделяют три вида последнего: доплеровское, гравитационное и космологическое.
Суть последнего заключается в том, что для излучения далеких космических источников (звезд и галактик) характерно наличие «покраснения» спектра. Это свидетельствует о том, что упомянутые объекты удаляются друг от друга и от Млечного Пути, что и подводит к идее расширения Вселенной.
Чем объясняется красное смещение в спектрах галактик
Красное смещение ближайшего к Солнечной системе квазара 3C 273 равно всего z = 0,158 / ESA/Hubble & NASA
Сущность описываемого эффекта формулируется так: чем линии ближе к красной стороне спектрограммы, тем выше скорость, с которой растет дистанция между наблюдателем и источником излучения.
Открытие явления
Красное смещение открыл американец Весто Слайфер еще в начале XX века: спектральный анализ ряда галактик показал наличие сдвига длин волн испускаемого ими излучения в красную область. Истолковать это с точки зрения какой-либо космологической теории на том этапе развития астрофизики представлялось невозможным. Поэтому ученый воспользовался для объяснения обнаруженного явления представлениями о доплеровском эффекте, согласно которым вышло, что галактики стремительно удалялись от Солнечной системы.
Следующий шаг сделал Эдвин Хаббл, обнаруживший связь между расстоянием до галактики и степенью сдвига спектральных линий в красную сторону. Большее смещение характерно для трудноразличимых, далеких астрономических объектов, принимаемых первоначально за туманности. Отсюда последовал вывод: по мере удаления растет и скорость. Опираясь на эффект Доплера, Хаббл заключил, что все видимые галактики «разбегаются» со скоростями, линейно зависящими от расстояния между ними.
Так астроном пришел к открытию своего закона, выражающегося формулой v = Hr, где v – скорость удаления галактики, r – расстояние до нее, H – коэффициент пропорциональности. Обнаруженные после изысканий Хаббла галактики тоже подчиняются этому закону, а значит, сделанные американским астрономом выводы приобрели иной масштаб – красное смещение в спектрах галактик свидетельствует о расширении Вселенной.
Как определяют расстояние до галактик
Благодаря закону Хаббла современные исследователи космоса получили инструмент, способствующий насколько это возможно точному определению местоположения галактик и их скоплений.
По закону Хаббла скорость удаления исследуемого объекта обязана быть равной расстоянию до него, умноженному на число Н, названное в честь выведшего эту зависимость ученого. Сегодня постоянная Хаббла принимается равной H = 70 км/(с•Мпк), где Мпк – мегапарсек. Расстояние по красному смещению определяют, используя этот закон: находят величину сдвига в красную область и делят на упомянутый фиксированный коэффициент.
Применяя закон Хаббла, астрономы оценивают размеры Вселенной. Они измеряют величины сдвигов спектральных линий излучений наиболее удаленных объектов и используют постоянную Хаббла для определения расстояний до галактик. Таким образом, красное смещение помогает установить скорость космического объекта, а следовательно, и его дальность.
Красное смещение представляет собой общепризнанный метод сравнения расстояний до наиболее отдаленных источников излучения. Так, в 2011 году астрономы зарегистрировали объект, находящийся дальше всех наблюдаемых человечеством – гамма-всплеск, исходящий от звездного взрыва и получивший имя GRB 090429B. Исследователи сумели датировать это событие: согласно их расчетам, звезда «полыхнула» 13,14 млрд лет назад, практически сразу после Большого взрыва.
Сделанное телескопом «Хаббл» фото галактики GN-z11, свет от которой шел до Земли 13,4 млрд лет / ESA/Hubble & NASA
На сегодняшний момент самой дальней из наблюдаемых галактик признана GN-z11. В 2016 году благодаря космическому телескопу, названному в честь Хаббла, астрономы установили, что по времени возникновения этот объект относится к первым страницам истории Вселенной – несколько сотен миллионов лет после взрыва, создавшего сущее. Анализ показателя «покраснения» в спектрограмме GN-z11 позволил астрофизикам определить степень воздействия расширения Вселенной на изучаемый объект. Величина превысила измеренные в других случаях: красное смещение галактики оказалось равно 11,1.
Реликтовое излучение
Наибольшее красное смещение фиксируют в процессе анализа реликтового излучения. Последнее представляется еще одним фактом, свидетельствующим о расширении Вселенной. Его открыли в 1965 году. Это слабое фоновое радиоизлучение, приходящее к нам равномерно со всех сторон с очень высокой степенью изотропности. Никакие найденные космические объекты не могли бы испускать подобное в текущее время.
Единственным объяснением этого феномена является излучение Вселенной в раннюю эпоху. По расчетам, оно берет начало примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва, когда космическое пространство только начало эволюционировать. Для реликтового излучения космологический фактор Z, использующийся для количественной характеристики эффекта красного смещения, приближается к 1400.
Другая теория
Современные астрономы единогласно объясняют красное смещение с помощью эффекта Доплера, ведущего к идее расширения Вселенной. Но встречается и альтернативная гипотеза, призванная опровергнуть общепринятую теорию.
Некоторые ученые высказали мысль о том, что причина красного смещения вовсе не в сверхскоростном разбегании галактик друг от друга, а в «старении света». Согласно этому допущению, свет краснеет в результате того, что преодолевает наполненное разреженным газом межгалактическое пространство. Излучение теряет короткие волны, из-за чего в свете туманностей и наблюдается покраснение. Причем без сдвига линий в спектре.
Гипотеза основывается на предположении о том, что за время блуждания по космическим просторам свет частично лишается энергии. Поэтому волны удлиняются, демонстрируя красное смещение, никак не указывающее при этом на разбегание галактик. Утверждение не располагает доказательной базой, поскольку потеря светом энергии – явление, не подтвержденное наукой.
Красное смещение и квазары
На расширение Вселенной указывает и анализ спектрограмм квазаров – предельно удаленных источников радиоизлучения. Исследования позволили установить: спектральные линии этих излучающих объектов в значительной мере смещены в сторону длинных волн. Ни одна галактика не показывала прежде такого красного смещения в собственном спектре.
С точки зрения закона Хаббла, величина сдвига в сторону «покраснения» указывает на то, что масса, скорость и расстояние до квазаров огромны. Это источники мощнейшего излучения, которые значительно удалены от Земли. Скорости квазаров, находящихся в миллиардах световых лет от Солнечной системы, достигают десятков тысяч км/сек.
Квазары – пример того, что максимально далекое астрономическое тело обладает соответствующими дистанции спектральным сдвигом и скоростью. Это убеждает в следующем: красное смещение означает отсутствие стационарности у Метагалактики, как ученые называют доступную для изучения часть наблюдаемой Вселенной, а не «старение света».
Синее смещение
Есть и противоположный красному смещению эффект – синее смещение. Такое название дали явлению, при котором линии видимого электромагнитного излучения в спектрах далеких галактик характеризуются сдвигом к коротковолновому концу. Этот феномен тоже объясняется движением источника излучения, только в этом случае он становится не дальше, а ближе. Существуют модели Вселенной, где ее эволюционное развитие на отдельной стадии предполагает, что свободная электромагнитная волна испытывает космологическое синее смещение.
Исследуя удаляющиеся объекты, теоретически астрономы сталкиваются только с красным смещением, но некоторые квазары и радиогалактики образуют направленные в нашу сторону джеты – лучи, преодолевающие большие расстояния. Эта струя вещества набирает скорость, приближающуюся к световой. И тогда в соответствии с доплеровским эффектом наблюдатель обнаруживает «посинение» спектра. Однако последнее не свидетельствует о приближении, так как по причине расширения при всей своей скорости джеты «улетают» в противоположную сторону.
Фотографии квазара GB1508+5714, сделанные в оптическом и рентгеновском диапазонах телескопом «Чандра» / NASA/STScI/CXC/SAO/A.Siemiginowska
Пример такого явления ученые нашли в квазаре GB1508+5714, который удаляется от нашей галактики со скоростью, превышающей световую в 1,13 раза, и имеет красное смещение 4,3. Джет этого объекта направлен на смотрящего с Земли, но скорость его частиц не достигает световой, поэтому расстояние между наблюдателем и квазаром неминуемо увеличивается, а не сокращается.
Некосмологическое объяснение красного смещения
Красное смещение излучения галактик первоначально объясняли разлётом галактик после Большого взрыва, произошедшего в сингулярной точке. Позже стали объяснять расширением пространства Вселенной в результате повсеместного взрыва в горячей Вселенной. Но на самом деле красное смещение явление оптическое. Оно определяется тем, преимущественно из какой области галактики излучение попадает в спектр галактики.
Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) была создана в 1916 г. Найденное в 1922г А.Фридманом нестационарное решение уравнений ОТО и сформулированный в 1929г Хабблом закон зависимости расстояния до галактики от её красного смещения послужили основанием для введения гипотезы Большого взрыва. Несостоятельность модели точечного взрыва в холодной Вселенной с последующим разлётом галактик обнаружилась очень скоро и в 1948 году эта модель была заменена моделью о повсеместном взрыве в горячей Вселенной с последующим расширением самой Вселенной. Насколько известно, вопрос, была ли взрывающаяся Вселенная бесконечной или конечной, не ставился. А вопрос интересный. Если Вселенная была бесконечной, то о повсеместном (единовременном?) взрыве говорить нельзя. А если конечной, то каков был её размер.
Понятно, что следствия из теории, имеющей такие тяжёлые физические несоответствия, нельзя считать надёжными. В частности, это касается решения Фридмана о расширении Вселенной. И действительно, после того, как Логунов дополнил 10 уравнений Эйнштейна ещё четырьмя уравнениями, обеспечивающими выполнение законов сохранения (каждого в отдельности), выяснилось, что в такой модифицированной системе уравнений неограниченного расширения Вселенной нет. Так же, как нет и чёрных дыр. Таким образом, теорию Большого взрыва, основанную на ОТО, нужно воспринимать с большой долей сомнения.
Введение гипотезы Большого взрыва означает, по сути, отказ от закона Причины и Следствия, что вызывает неприятие у многих учёных. Вот симптомы этого.
22 мая 2004г. в Интернете6 и журнале New Scientist7 было опубликовано «Открытое письмо к научному сообществу» за подписями тридцати трёх ученых с мировой известностью. В письме говорится о фундаментальных проблемах теории Большого взрыва и о неоправданном ограничении космологических исследований только рамками теории Большого взрыва.
15 марта 2014 г в Австралии вышел документальный фильм «Что было до Большого взрыва», в котором пять известных космологов попытались наметить выход из тупиковой научной ситуации, вызванной теорией Большого взрыва.
Есть и другие примеры.
Сейчас уже понятно, что гипотеза Большого взрыва действительно приводит к тупиковой ситуации. Следующие понятия: стандартная модель, инфляция, тёмная материя, тёмная энеярги, теории возраста звёзд, галактик и самой Вселенной, не согласующиеся с результатами астрономических наблюдений и ряд других появились на свет вынужденно, для обоснования непротиворечивости теории Большого взрыва.
Замечание. По поводу стандартной модели приведём только одно свидетельство о появлении понятия «кварки» (из книги «Введение в классическую электродинамику», с.132): «Буквально только что упоминавшийся профессор ФИАНа Б.Л.Воронов (стр. 144) вновь готов нас удивить своими свидетельствами: «Я, может быть, позабавлю относительно кварка такой реальной историей. Кварк был предложен Гел-Маном [в 63- ем – 64- ом году]. На моих глазах, я был свидетелем, Игорь Евгеньевич Тамм, директор, заведующий теоретическим отделом ФИАН, в 65- м году проводил голосование: кто верит в кварки. Это было чистое измышление. Это было суждение, выведенное теоретиком на основании анализа структуры элементарных частиц методами теории групп. Он изучал некоторую симметрию и сказал, что в этой симметрии наиболее фундаментальны все остальные сущности. Значит, должны существовать носители этих фундаментальных понятий. Только понятий. Ну, кто верит? Поднялась только одна рука». Здесь всего в полном избытке – и методы теории групп, и некоторая симметрия, и даже голосование. Нет сущей мелочи – нет обсуждения физической модели. Решение проблемы – «протон состоит из кварков». Кварк возник как некий носитель математической структуры, некоего представления некоторой группы».
Были предприняты многочисленные попытки найти некосмологическое объяснение красному смещению. Их исчерпывающий обзор дан в работе «Недоплеровские объяснения красного смещения в спектрах далёких галактик». Но большинство астрономов и многие физики по-прежнему придерживаются доплеровской интерпретации красного смещения. Дело в том, что наблюдаемое красное смещение обладает свойством пропорциональности: для любой длины волны красное смещение, равное отношению приращения длины волны к длине волны , имеет одно и то же значение. А этим свойством обладает только доплеровское смещение.
Насколько можно судить по высказываниям различных авторов, иного объяснения красного смещения, кроме расширения Вселенной, сейчас не видят. Тем не менее, такое объяснение есть. В течение 1987-1995 гг. в реферативных журналах «Астрономия» последовательно появлялись сообщения о подтверждении некосмологической природы красного смещения. Разрабатываемая идея принадлежала В.М. Антонову. В конце 2005 года был создан научный сайт «Некоторые проблемы внегалактической астрономии», в первые две главы которого вошли почти все работы, о которых сообщалось в реферативном журнале. Сайт просуществовал до настоящего года, когда по финансовым соображениям был закрыт. Для желающих ознакомиться с концепцией Антонова могу добавить следующее: достаточно простое изложение основных результатов Антонова, относящихся к вопросу о красном смещении, есть здесь. Кроме того, основная идея о происхождении красного смещения изложена в популярной статье «Красное смещение галактик вызывается фоном ночного неба». В данной же работе об этом будет рассказано совсем коротко. Будут перечислены только выводы теории без объяснения того, как они получены.
Красное смещение галактик и квазаров – явление оптическое. Вызвано оно двумя факторами:
1.Первый фактор. Аккреция (падение под действием гравитации) межгалактического газа на ядро галактики. Аккреция газа начинается с расстояния приблизительно в полтора раза большего, чем радиус звёздного диска галактики. Падающий на ядро газ постепенно ускоряется и в глубоких слоях галактики достигает релятивистских скоростей. При падении частицы газа сталкиваются с межзвёздным газом и между собой. При столкновениях атомы газа то ионизуются, то рекомбинируют, вновь становясь нейтральными. От этого рождается излучение, называемое рекомбинационным. В начале аккреции рекомбинационное излучение очень слабое, намного слабее излучения звёзд. Но в глубоких слоях галактики ситуация меняется – интенсивность рекомбинационного излучения многократно превосходит интенсивность излучения звёзд. Особенности красного смещения галактик как раз и определяются тем, из какой области галактики излучение попадает в спектр.
2. Второй фактор. Наличие мерцающего ночного излучения (фона ночного неба) даже в безлунную ночь. Величина красного смещения определяется по смещению тёмных и светлых линий в спектре галактики (рис.1). Фон ночного неба неустраним при получении спектров как наземными, так и космическими лабораториями.
Рис.1
Если бы не было фона ночного неба, то для далёкой галактики можно было бы зафиксировать излучение из любой области диска. Для этого нужно было бы сделать достаточно длительную экспозицию. Но наличие хаотического мерцания неба ограничивает длительность экспозиции, так как при слишком большой экспозиции пластинка просто засветится. Поэтому излучение с краёв далёкой галактики, которые светятся слабее, чем центр, в спектр не попадает. Рис.2 иллюстрирует эту ситуацию: по мере увеличения расстояния r до галактики в спектр попадает излучение из всё более глубоких её слоёв (на рисунке r1
Красное смещение
Впервые явление сдвига спектральных линий в спектрах звёзд при спектральном анализе было замечено французом И. Физо в 1848 году и он предложил это явление объяснить с помощью эффекта Доплера. Суть явления проста: чем больше смещение в красную сторону в спектрограмме объекта, тем быстрее удаляется от нас объект. Вообще, при удалении свет от объекта «краснеет», а при приближении «сдвигается» в фиолетовую сторону.
Красное смещение есть и у целых галактик. Благодаря красному смещению было открыто вращение галактик. С одного края свет от галактики смещается в красную сторону, с другого — в фиолетовую. Соответственно, она вращается! Далёкие галактики имеют большее смещение, нежели близкие, и величина его растёт пропорционально расстоянию. Следовательно, чем дальше галактика — тем быстрее она удаляется от нас.
Красное смещение, в соответствии с теорией относительности, рассматривается в концепции расширения пространства. Смещение это также вызвано и расширяющимся пространством, и собственным движением галактик. Объясняется все просто: за время путешествия в космосе света от источника до нас, происходит еще и расширение пространства. Как следствие, расширяется и длина волны от источника во время своего пути. При двукратном расширении пространства, длина волны тоже увеличится вдвое.
Красное смещение – индикатор расширения Вселенной. В процессе расширяющегося пространства, галактики увеличивают расстояния между собой, но их координаты остаются прежними. Этот процесс можно уяснить, если представить, что пространство – это резиновый шарик, на который «приклеены» галактики. При её сферичной форме, расстояния между объектами будут расти во всех точках при надувании шарика. Только вот центра, от которого происходит удаление, не будет. Но тогда должны изменяться линейные размеры и внутри Солнечной системы. Из этого следует, что должно изменится и значение эталона длины – метра. Тогда получается, что количество метров до удалённых объектов всегда остаётся прежнее, и возможности для измерения расширения пространства нет.
Красное смещение и квазары
Х.Арп, один из первооткрывателей квазаров, предполагает, что эти объекты обладают собственным, внутренним, красным смещением. Оно не зависит от удаления объекта. Квазары-достаточно маленькие объекты в космических масштабах. Но если красные смещения верны в свете закона Хаббла, то и расстояния до них, и их массы, да и скорости их удаления будут иметь громадные величины.
Красное смещение объекта 3С48 показывает, что его скорость составляет около половины скорости света, а расстояние до него – 3,78 млрд. световых лет. А квазар 3С196 вообще побил все рекорды: его удаление – 12 млрд. световых лет, а скорость почти 200 тысяч км/сек!
«Старение» света
Некоторые астрономы подвергают сомнению теорию красного смещения, вернее, вывода, что его природа заставляет галактики обязательно разбегаться, да ещё с фантастическими скоростями. Была выдвинута идея, что свет, из-за чрезвычайно долгого путешествия сквозь разреженный газ межгалактического пространства, краснеет. Это происходит из-за потери спектром коротких волн, и туманности становятся краснее, хотя линии спектра не смещаются. Но красное смещение подразумевает именно этот процесс. Возможно, свет, бесконечно долго путешествуя во Вселенной, теряет часть своей энергии. Из-за этого происходит удлинение волн, порождающее красное смещение, но не связанное с разбеганием галактик. Однако, эта теория ещё не нашла подтверждения, никто еще не смог доказать, что свет каким-либо образом может терять энергию. Да и куда эта энергия девается — большой вопрос. На примере квазаров видно: чем они дальше от нас, тем больше их красное смещение, и как говорилось, соответственно, больше их скорость удаления.
Исследователи космоса
10.3K постов 39.2K подписчиков
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу 🙂
Тогда получается, что количество метров до удалённых объектов всегда остаётся прежнее, и возможности для измерения расширения пространства нет.
Если бы метр изменялся вместе с пространством, то мы бы не заметили разницы. Силы, удерживающие материю вместе, противостоят расширению пространства, поэтому метр как был метром, так им и остался. А вообще метром считается расстояние, пройденное светом за определенное время.
Для любой точки пространства в космосе за сферой определенного радиуса¹ существуют точки, которые удаляются от нее быстрее скорости света. Теории относительности это не противоречит, т.к. объясняется возникновением нового пространства: было две точки – между ними возникает еще одна (в грубом упрощении).
¹ Кажется, фотонная сфера, но могу путать с термином, относящимся к черным дырам.
По поводу «старения»света. Вообще что то подобное существует. Так как свет является не только волной, но и потоком частиц, фотонов, то они могут сталкиваться со свободными электронами и передавать им часть своей энергии. И кстати возможен обратный процесс. Фотон, столкнувшись с релятивистким электроном может наоборот получить часть энергии от него. Проблема в том, что распределение энергий после такого столкновения случайное. Поэтому если бы свет тормозится бы из за этого процесса, то спектр бы размывался и линий поглощения не было бы видно.
Где на картинке смещение? Я вижу три одинаковых спектра.
Автор,если любишь фантастику и ещё не читал «Старплекс» Роберта Сойера,я тебе завидую-имеешь возможнсть прочитать такую Вещь впервые.
Все мы в Матрице
Мультивселенная. Главные научные гипотезы
В древнеегипетском пантеоне богов присутствовала богиня Нут. У древних египтян она символизировала небо. Согласно мифологии, она каждый день проглатывала звезды и рождала их снова, то есть этим объяснялась смена дня и ночи. По ее телу, то есть по небу, плыл на лодке бог солнца Ра – вот так объяснялось перемещение Солнца.
Шли времена, наука развивалась, все описывалось более точно, наблюдения позволяли проверить правильность наших представлений о мире и вот Вселенная какой мы ее знаем:
Сфера, радиусом 46 миллиардов световых лет, заполнена триллионами галактик и еще большим количеством звезд и планет. Она называется «Видимой Вселенной». Почему «Видимой»? Потому, что из-за того, что скорость света конечна, мы не можем увидеть то, что находится за границами (или же за горизонтом событий Видимой Вселенной).
Что находится за горизонтом событий? Ученые не сомневаются, что такие же галактики и звезды, что Видимая Вселенная — это лишь маленькая часть всей Вселенной, которая, возможно, бесконечна или же безгранична, мы этого не знаем, известно только, что вся Вселенная как минимум в 250 раз больше, чем Видимая Вселенная.
А возможно ли, что существуют другие Вселенные? Мы этого тоже не знаем, но некоторые ученые предполагают, что да. Люди догадались, что Солнечная Система — это не весь мир, что другие звезды – это такие же Солнца как наше, что наша Солнечная Система не уникальна, похожих систем миллиарды в нашей галактике. Потом люди догадались и подтвердили, что и галактика наша не уникальна, их триллионы во Вселенной.
Можем ли пойти еще дальше и предположить, что и Вселенная наша не уникальна, что существуют триллионы или даже бесконечность таких Вселенных? Посмотрите на эту гравюру неизвестного автора:
На ней изображен человек, одетый в средневековую одежду пилигрима с посохом в руке. Он добрался до края Земли и сквозь занавес небесного свода рассматривает устройство Вселенной. Можно сделать некоторые выводы о научной парадигме, которая существовала в те времена. У нас ситуация несколько посложнее, мы не можем добраться до края Вселенной и посмотреть, что же за ним находится. Мы даже не знаем, существует ли вообще этот край Вселенной. Но у нас есть развитая физика, математика, космология, наука в целом и вообще, мы вроде как умнее того, кто сделал эту гравюру, правда? В этом фильме я расскажу о научных гипотезах, которые касаются темы Мультивселенной. Сразу стоит подчеркнуть, что это гипотезы и предположения, мы не знаем наверняка существуют ли другие Вселенные, поэтому стоит относится к этому соответственно – как к предположениям и гипотезам и даже если они обоснованы наукой, это не значит, что они верны.
А начнем мы от «Инфляционной модели Вселенной». Эта модель была разработана, чтобы попытаться объяснить некоторые космологические вопросы: однородность и изотропность Вселенной, то есть почему она настолько одинакова, почему пространство плоское, почему она настолько огромная и почему мы не наблюдаем магнитные монополи, то есть частицы с одним магнитным полюсом.
Все известные частицы, имеющие магнитный момент – это магнитные диполи, то есть имеют два магнитных полюса. Согласно инфляционной модели, до Большого взрыва существовало инфлятонное поле с определенным значением потенциальной энергии. Как и все поля, это поле флуктуировало случайным образом и энергии случайной флуктуации хватило, чтобы преодолеть барьер с более высокой потенциальной энергией, после чего оно опустилось на еще более низкий уровень потенциальной энергии и в процессе этого «опускания» произошло экспоненциальное расширение пространства, а лишняя энергия сконденсировалась в виде частиц, которые мы сейчас наблюдаем. Конечно, за этим всем стоит математический формализм и все намного сложнее, чем вышеупомянутое описание.
Хоть и эта гипотеза очень популярна среди космологов, самая популярная на данный момент, но не является до конца подтвержденной, не переведена в статус теории. Проблема в том, что значения потенциальной энергии и других переменных должны быть очень точно подобраны, чтобы получилась именно такая Вселенная, которую мы наблюдаем, если говорить просто, то шанс на это менее чем один из триллионов, триллионов, триллионов… короче чуть ли не один из бесконечности. Как же так получилось, почему тогда Вселенная именно такая? Впервые ответ появился 1983 году в этой статье.
— Где находятся эти гипотетические Вселенные с различными физическими законами?
В разных частях пространства которое недоступно для наблюдения, находится за горизонтом событий нашей Видимой Вселенной, в статье автора гипотезы есть такое изображение:
— Может ли подобное произойти в видимой части Вселенной?
Да, но, судя по всему, расстояния между такими областями намного, на очень много больше, чем размер Видимой Вселенной, так что шанс на это небольшой.
— Можно ли попасть в другие Вселенные?
На этот вопрос ответа я не удалось найти, но даже если и да, то попасть в другую Вселенную с другими законами физики, где, например электрон не имеет массы – это “смертельно” не только для биологических форм жизни, а и для всяких роботов, космических аппаратов и т. д.
— Существуют ли подобные Вселенные вечно?
Зависит от начальных условий, некоторые моментально прекращают свое существование, некоторые – продолжают существовать практически вечно.
— А как все началось? Как запустился подобный процесс, что было до?
Боюсь неправильно интерпретировать ответ автора, поэтому вот скрин статьи с переводом:
Идем дальше. Практически все попытки создать квантовую теорию гравитации оперируют с дополнительными пространствами, большими чем наше трехмерное пространство. Нас интересует теория струн. Из нее следует существование 10^500 вариантов компактификации дополнительных измерений, ну и такое же количество возможных Вселенных, каждая из своими законами физики.
Это называется «ландшафтом теории струн», предложенным Леонардом Сасскиндом. Поэтому я буду ссылаться на его книгу, в которой идет речь об этом. В ней он приводит хорошие примеры того, что вообще значит Вселенная с другими законами физики, с другими константами. Оказывается, не надо представлять себе что-то абстрактное, достаточно заглянуть в рабочий аппарат МРТ. В нем сильные магнитные поля и это создает внутри «минивселенную» с немного другой физикой внутри.
Там можно заметить, что свободные электроны и другие заряженные частицы летают не по прямой, а по спирали, более того, электрон немного тяжелее чем в обычных условиях, так как сильное магнитное поле влияет на спины этих частиц.
Электронные оболочки атомов вытягиваются по силовым линиям поля, изменяются энергетические уровни атомов, что приводит к изменению спектров излучения. Конечно, это не большие изменения, но теоретически все может проявляться намного сильнее, настолько, что никакая биологическая жизнь или существование атомов не будет возможным. Другой пример – поле Хиггса, которое придает массу различным частицам. Если его изменять, так же, как и магнитное поле, то можно изменять массу частиц. Ну или вообще убрать это поле с некоторой области пространства, тогда все частицы будут двигаться в ней со скоростью света.
А теперь о Мультивселенных. Сасскинд сравнивает их с погодой в различных точках мира. Вот в одной стране такая-то температура, такое-то атмосферное давление, скорость и направление ветра и так далее. Похоже и с Вселенными, только вместо погоды – различные состояния вакуума(значения и свойства различных полей). В одной области физические константы одни, где-то – другие, что приводит к различным физическим законам, некоторые Вселенные и законы физики в ней не позволяют ей существовать, поэтому она практически сразу же коллапсирует, другие Вселенные расширяются слишком быстро и в них не могут появиться атомы, в некоторых частицы не имеют массы, а некоторые Вселенные похожи к нашей.
Как можно заметить, эта гипотеза похожа на предыдущую. Многие ученые считают, что такое(10^500) количество возможных Вселенных – это проблема теории струн, называемая «проблемой ландшафта теории струн». Дело обстоит примерно так:
Это по-другому еще называется «антропный принцип». Кто прав и верна ли теория струн сейчас неизвестно и возможно не будет известно еще долгое время.
Подход Сасскинда критикует Ли Смолин. У него свой подход к проблеме, почему у нашей Вселенной именно такие физические константы и законы физики. Он автор так называемой «гипотезы космологического естественного отбора». Согласно этой гипотезе, «по ту сторону» любой чёрной дыры возникает новая Вселенная, в которой фундаментальные физические постоянные могут отличаться от значений для Вселенной, содержащей эту чёрную дыру.
Разумные наблюдатели могут появиться в тех Вселенных, где значения фундаментальных постоянных благоприятствуют появлению жизни. Процесс напоминает мутации в ходе биологического естественного отбора. По мнению Смолина, его модель лучше за антропный принцип объясняет «тонкую настройку Вселенной», необходимую для появления жизни, так как имеет два важных преимущества, цитирую:
1. В отличие от антропного принципа, модель Смолина имеет физические следствия, которые поддаются опытной проверке
2. Жизнь во множественных вселенных возникает не случайным образом, а закономерно: больше «потомков» в ходе отбора имеют те Вселенные, параметры которых приводят к возникновению большего числа чёрных дыр, и эти же параметры, по предположению Смолина, благоприятствуют возможности зарождения жизни.
Спор Смолина и Сасскинда по поводу ландшафта теории струн и Космологического естественного отбора вы можете прочитать по ссылке. Чтения примерно на минут 40-час.
Продолжим. Многомировая интерпретация Хью Эверетта. Это одна из популярных интерпретаций квантовой механики, но я не считаю, что стоит ее включать в список гипотез о Мультивселенной, потому что она не предполагает реального наличия именно других миров, она предлагает лишь один реально существующий мир. Все остальные альтернативные реальности просто бессмысленные для нас.
Космолог Макс Тегмарк высказал предположение, названное «гипотезой математической Вселенной», гласящей, что любому математически непротиворечивому набору физических законов соответствует независимая, но реально существующая Вселенная.
Тегмарк предложил следующую классификацию миров:
Уровень 1: Миры за пределами нашего космологического горизонта (то есть все что находится за Видимой Вселенной).
Уровень 2: Миры с другими физическими константами (это то, что было описано в трех первых гипотезах).
Уровень 3: Миры, возникающие в рамках многомировой интерпретации квантовой механики.
Уровень 4: Конечный ансамбль (включает все Вселенные, реализующие все возможные математические структуры, то есть абсолютно все возможные Вселенные и альтернативные реальности, как в многомировой интерпретации).
Хоть подобная гипотеза описывается и в теории струн в том числе, но гипотезы циклической Вселенной довольно маргинальны в научных кругах. Одну разновидность этой гипотезы активно продвигается нобелевским лауреатом Роджером Пенроузом, называется «конформная циклическая космология», не буду рассказывать детали, суть циклических гипотез кратко описана выше.
Это был краткий обзор научных и не совсем гипотез о Мультивселенной. Считаю ли я, что существует Мультивселенная? Я думаю так. Безусловно, антропный принцип, который был описан в двух первых гипотезах, очень элегантный, простой и логичный. Но все же я отношусь к нему скептически, и вот почему я так думаю. Давайте вспомним историю. Кеплер, который придумал три закона движения планет, который заменил модель эпициклов эллиптической орбитой, задумывался: «Почему планета Земля находится именно на таком расстоянии от Солнца, как так получилось?». Оказалось, ответ очень прост – существуют миллиарды звездных систем подобных до Солнечной, мы просто появились в одной из таких, она не была создана специально для нас, мы просто появились в таких условиях. Вот ответ на вопрос Кеплера. Мы можем продолжить этот ход мышления и ответить на вопрос, почему в нашей Вселенной законы физики именно такие: «Да потому, что наша Вселенная одна из множества Вселенных и законы физики в нашей Вселенной позволяют существовать формы жизни, которая может задавать такие вопросы». Это выглядит логично и просто, но! Но давайте вспомним Коперника. В его время уже полторы тысячи лет существовала парадигма Птоломея – Земля в Центре мира, вокруг которой вращаются Луна, Солнце и другие планеты, а звезды как бы нарисованы на куполе окружавшим этот мир. Коперник заменил Землю в центре Солнцем, что было очень смелым допущением в те времена, все остальное он оставил таким же.
Но был еще такой астроном, Томас Диггес. Диггес убрал из схемы Коперника край Вселенной, заполнив ее звездами вдаль и до бесконечности.
Понимаете, это простейшая идея, объяснить звезды на небе как множество, простирающееся в бесконечность. Он даже не мог предположить, что существуют более сложные структуры – галактики, сверхскопления галактик, черные дыры. В каком-то смысле ученые поступают как Томас Диггес. Он просто заполнил все пространство звездами до бесконечности, современные ученые заполняют все пространство другими Вселенными до бесконечности. Именно поэтому я отношусь скептически. Да, у нас более развита наука чем во времена Диггеса, но возможно структура Вселенной намного более сложная, чем бесконечное число Вселенных с разными физическими законами, настолько сложная, что современная наука и величайшие умы человечества не в состоянии даже приблизится к ее пониманию, возможно это не просто другие Вселенные, а нечто более сложное, неописуемое современным уровнем физики, математики, нашей логикой и даже больной фантазией.
Египтяне (вспоминайте начало статьи), да и другие народы и отдельные личности, описывали наблюдаемое и ненаблюдаемое так, как позволяла их фантазия и уровень науки, если можно это назвать наукой. Можем ли мы быть уверенны, что современная наука, описывая ненаблюдаемое как множество Вселенных не допускает ту же ошибку, что и египтяне и все остальные? Нет. История показывает, что до реальных наблюдений, предположения и гипотезы в той или иной мере почти всегда оказывались ошибочны. Это не значит, что Мультивселенная наверняка не существует. Это значит, что все может быть устроено покруче даже мозговыносящей Мультивселенной…
Ученые обнаружили «цунами» гравитационных волн
Команда международных ученых обнаружила наибольшее количество из когда-либо обнаруженных гравитационных волн.
Об этом говорится в пресс-релизе Австралийского национального университета (ANU).
Открытия, как считается, помогут решить некоторые из самых сложных тайн Вселенной, в частности, относительно строительных блоков материи и функционирования пространства и времени.
Результаты пока что опубликованы на сервере препринтов ArXiv. В исследовании сообщается об обнаружении 35 новых гравитационных волн с помощью обсерваторий LIGO и Virgo в период с ноября 2019 года по март 2020 года.
Таким образом, общее количество обнаруженных волн достигает 90 после трех этапов наблюдений в период с 2015 по 2020 годы.
Новые обнаружения связаны с массивными космическими событиями, большинство из которых удалены от нас на миллиарды световых лет, распространяющие рябь сквозь пространство-время. Они включают слияние 32 пар черных дыр и, вероятно, три столкновения между нейтронными звездами и черными дырами.
ANU, как один из участников международного сотрудничества, участвует в наблюдениях и в разработке сложной технологии для поиска неуловимых гравитационных волн в обширной Вселенной.
Почетный профессор Сьюзан Скотт из Центра гравитационной астрофизики ANU указала, что последние открытия представляют собой «цунами» и являются «важным шагом вперед в нашем стремлении раскрыть тайны эволюции Вселенной».
«Мы обнаружили 35 событий. Это огромное количество! В отличие от этого, мы сделали три обнаружения во время нашего первого этапа наблюдений, который длился четыре месяца в 2015-2016 годах.»
«Это действительно новая эра для обнаружения гравитационных волн, и растущая популяция открытий раскрывает так много информации о жизни и смерти звезд во всей Вселенной.»
«Взгляд на массы и спины черных дыр в этих бинарных системах показывает, как эти системы вообще оказались вместе.»
«Это также поднимает некоторые действительно увлекательные вопросы. Например, была ли эта система сначала образована с двумя звездами, которые вместе прошли через свои жизненные циклы и в конце концов стали черными дырами? Или две черные дыры столкнулись в очень плотной динамической среде, например в центр галактики?»
Сьюзан Скотт, также являющаяся главным исследователем Центра передового опыта ARC по выявлению гравитационных волн (OzGrav), сказала, что постоянное улучшение чувствительности детекторов гравитационных волн помогает увеличить количество обнаружений.
«Мы также исследуем две области разрыва масс черных дыр (*) и проводим дополнительные проверки общей теории относительности Эйнштейна.»
«Другая действительно увлекательная вещь, связанная с постоянным улучшением чувствительности детекторов гравитационных волн заключается в том, что это приведет к появлению целого ряда новых источников гравитационных волн, некоторые из которых будут неожиданными.»
* Области разрыва в массах черных дыр — два диапазона масс черных дыр, приблизительно от 2 до 5 и от 50 до 150 солнечных масс. Некоторые модели звездной эволюции предполагают, что черные дыры с массами в этих двух диапазонах не могут быть образованы непосредственно в результате гравитационного коллапса звезды.
Ночь в деревне
Снято 26 июля 2020 года в Рязанской области.
Камера Canon 600D, объектив Samyang 14mm f/2.8 (f/4), монтировка Sky-Watcher Star Adventurer для компенсации вращения Земли.
Больше ночных фотографий и астрофотографий в моем инстаграме и в телеграм-канале.
Галактика Треугольника
Снимок без телескопа
Снято в ночь с 9 на 10 октября 2021 года в Рязанской области (зеленая зона засветки, 4 по шкале Бортля).
Камера: Canon 60D, объектив Canon 55-250mm (250mm) f/4-5.6, экваториальная монтировка Sky-Watcher Star Adventurer для компенсации вращения Земли, гидирование камерой ZWO 120MС-S через программу PHD2, гидирование по нескольким звездам.
Суммарная выдержка 3 часа (60 кадров с выдержкой 3 минуты каждый).
Сложение кадров в DeepSkyStacker, обработка в Photoshop.
Фото в высоком разрешении как всегда по ссылке на диске.
Больше ночных фотографий и астрофотографий в моем инстаграме, а также в канале в телеграм.
Галактики — звёздные города
Острова во Вселенском Океане
Галактики представляют собой, судя по всему, самые крупномасштабные целостные структуры Вселенной, из известных ученым. Конечно, есть еще скопления галактик, сверхскопления… но эти структуры открытые, не целостные и малоизученные. Но давайте обо всем по порядку. Начнем с самого малого.
В античной Греции (около 2500 лет назад) зародилось представление о том, что все вещества и предметы состоят из мельчайших и неделимых частиц, которые изначально определяют свойства того или иного вещества. Их назвали “атомы”.
Сейчас науке известно, что атомы вполне делимы, и сами в свою очередь состоят из элементарных частиц — протонов, нейтронов, электронов. Там же где-то формально или физически присутствуют позитроны — антиподы электронов, превращающие нейтральный нейтрон в положительно заряженный протон. Если говорить упрощенно, то комбинации этих частиц и дает нам все многообразие веществ во Вселенной. Но каждая из них так же состоит из еще более мелких конструкций, определяющих их суть — из кварков. Насколько глубок колодец микромира, науке неизвестно, но уже сейчас достаточно оснований считать, что и кварки, в свою очередь, тоже из чего-то состоят.
Теперь двинемся в противоположном направлении по оси усложнения вселенских структурных элементов.
Атомы соединяются в молекулы. Фактически, молекула и есть — та минимальная единица любого химического соединения — вещества — во Вселенной. Молекулы определяют физические и химические свойства веществ, а не атомы, как это предполагали некоторые греческие философы. Но ошиблись они не сильно.
Молекулы иногда тождественны с атомами. Например молекулы металлов состоят всего из одного атома. Но атомы в металлах соединяются в некотором порядке, образуя протяженные кристаллические решетки. Это роднит их с кристаллами солей, где свойства и структура вещества зависят от геометрии соединения атомов или молекул между собой. Кристалл представляет собой еще более крупную структуру нашего мира.
Дальше, как ни странно, идут живые организмы. В этой цепочке я бы выделил три основных звена:
• Сложный организм (от многоклеточных до людей)
• Социум (сообщество организмов)
Каждая из этих структур обладает своей ясной внутренней организованностью и целостностью, нарушение которой приводит к необратимому разрушению структуры.
Далее идут планеты — во всем своем многообразии — это могут быть газовые гиганты типа Юпитера и Сатурна, каменные планеты земного типа, но к ним же я причисляю и астероиды, ядра комет, метеороиды. Их объединяет механическая целостность, обусловленная гравитационной связанностью всех входящих в их состав веществ в виде более мелких структур — молекул и кристаллов. Более крупные структуры планетарного семейства под действием гравитационных сил обретают форму близкую к сферической. Мелкие остаются неправильными по форме. И еще им свойственна пространственная отделенность от других подобных космических тел — их разделяют порой миллионы километров вселенского вакуума. При этом существовать представители этого структурного семейства могут как в сообществах себе подобных тел — в планетных системах — под доминирующим влиянием звезд, так и сами по себе — отдельно — в тотальном космическом одиночестве.
Звезды — это еще более крупные вселенские структуры. Они образуются из коллапсирующих (сжимающихся под действием гравитации) облаков водорода. Сами облака водорода — первородного вещества нашей Вселенной — можно было бы причислить к субструктурам — они не целостны, не едины, не устойчивы, но стремясь ко всем этим перечисленным недостающим качествам превращаются в звезды. При достижении некоторой массы и давления в уплотненном центре коллапсирующей туманности, новое образование вспыхивает звездой — в её недрах запускаются термоядерные реакции. В ходе этих реакций происходит превращение водорода в гелий — по сути удивительная трансформация одного структурного элемента — атома водорода, в другой структурный элемент — в атом гелия. И тут мы сталкиваемся с еще одной важной составляющей нашего мира — с излучением, которое пронизывает все пространство Вселенной, и призвано переносить по нему энергию, освобождающуюся в том числе и в процессе термоядерных реакций. Превращение водорода гелий происходит с выделением значительного количества энергии, которая покидает центр звезды с излучением. В противном случае температура в центре звезды продолжала бы расти и рано или поздно звезда бы вышла из равновесного состояния. Кстати, такое случается.
Звезды могут объединяться в более крупные структурные единицы. Можно выделить несколько разновидностей таких структур:
• Системы двойных и кратных звезд
• Рассеянные звездные скопления
• Шаровые звездные скопления
Только шаровые звездные скопления можно считать устойчивыми структурами, способными существовать миллиарды лет — то есть — период времени одного порядка с продолжительностью жизни входящих в их состав более мелких структурных единиц — звезд. Рассеянные скопления довольны быстро распадаются, а системы двойных и кратных звезд очень многообразны и сказать что-то конкретное об этом классе в двух словах невозможно. Вряд ли это вообще имеет смысл считать неким единым классом.
И вот мы добрались до галактик.
Подобно тому, как люди живут в городах, звезды группируются в сообщества многомиллиардной численностью. Еще можно уподобить эти сообщества островам в океане, между которыми простирается непреодолимость океанических вод, и один остров с другого острова практически не виден.
Звезды не распространены по Вселенной равномерно. Подобно тому, как планеты и звезды разделены бездной космического вакуума, так и сообщества звезд — галактики — разделены еще более протяженными пустотами. Но к пониманию этого люди пришли относительно недавно.
Само слово “Галактика” происходит от греческого “Молочный” — “Γαλακτικός” — “Галактикос”. Так греки описывали широкое сияние протянувшееся через весь небосвод — “Млечный путь”, а по одному из греческих мифов это сияние представляло собой пролитое Герой (супругой Зевса) молоко, когда богиня кормила своего приемного сына — Геракла.
Около 400 лет назад Галилео Галилей навел на Млечный путь свой первый телескоп и обнаружил, что это сияние — ни что иное, как неисчислимое множество слабых звезд, сливающихся для глаза воедино. Почему звезды сложились в этот кольцеобразный “круг почета” опоясывающий земной небосвод — это не было понятно еще долгие 300 лет, пока Эдвин Хаббл не разделил на отдельные звезды спиральные рукава туманности Андромеды.
До открытия Эдвина Хаббла считалось, что все эти “завитушки” спиральной структуры являются объектами нашего звездного мира, который где-то наверняка кончается, но где? и что там дальше? — это науке не было известно.
Когда среди звезд в туманности Андромеды обнаружились переменные звезды — Цефеиды, стало возможным определение расстояния до них. Оно оказалось огромным — порядка двух миллионов световых лет. С такими дистанциями астрономы не имели дела. В ходу были световые годы, десятки, сотни — максимум — тысячи. И вдруг такой качественный скачок.
Выяснилось, что на протяжении этих миллионов световых лет, разделяющих наш звездный остров, и подобные туманности Андромеды спиралевидные образования, нет ничего — пустота, вселенский вакуум. А все звезды, видимые с Земли, живут исключительно в этих звездных островах.
Более современные телескопы показали, что количество спиралевидных звездных островов огромно — Млечный путь не содержит столько звезд, а сама форма Млечного пути, если было бы возможным взглянуть на него со стороны, оказалась подобна Туманности Андромеды или Туманности Треугольника. И это было важнейшим открытием: Мы живем в одном из звездных водоворотов, коих на небе сотни миллиардов. А в каждом из них сотни миллиардов звезд.
Все эти многочисленные звездные города были причислены к новому классу вновь определенного типа структур — к галактикам. Причем, если имеется в виду наша Галактика — Млечный путь, то она всегда упоминается на письме с использованием заглавной буквы. Остальные галактики упоминаются с использованием строчных букв.
(Иллюстрация расположения Солнечной системы внутри Галактики «Млечный путь»)
Оказалось, что формы и разнообразие галактик очень различны. Спиральных — большинство. Но и среди них есть множество разновидностей — с баром-перемычкой и без, с двумя спиральными ветвями и большим количеством. Нашлась даже галактика-кольцо, центр которой никак не соединен с периферией звездными путями.
Очень многочисленным классом оказались эллиптические галактики, которые напоминают шаровые скопления звезд, только в миллионы раз более масштабные. И фактически центральные части спиральных галактик подобны эллиптическим. Возможно, эллиптические галактики утратили свои спиральные ветви или ассимилировали их в ядро.
Но еще более интересными оказались галактики неправильной формы. Их происхождение оставляет широчайшее поле для гипотез. Вариантов множество. Одним из наиболее популярных объяснений является слияние галактик. Оказывается, что невзирая на миллионы световых лет межгалактического вакуума, галактики все-таки встречаются друг с другом и сливаются в нечто более крупное. При этом их формы сильно искажаются — спиральные ветви разрушаются, приливные силы активируют звездообразование, в ходе которого “вспыхивают” миллиарды новорожденных звезд, какая-то часть звезд выбрасывается за пределы этих “звездных городов”.
Впервые изучать сливающиеся галактики начал советский астроном Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, положив начало галактической морфологии и классификации взаимодействующих галактик. А до него считалось, что близость изображений двух и более галактик на фотопластинках — чисто иллюзорное совпадение направлений, в которых на самом деле галактики расположены на очень разных расстояниях от нас, и — на почтительных расстояниях между собой.
(Борис Александрович Воронцов-Вельяминов (14 февраля 1904 — 27 января 1994) — советский астроном, член-корреспондент Академии педагогических наук СССР)
Нашлось немало примеров того, что большинство галактик, как и большинство звезд, живут в небольших группах и даже имеют спутники — карликовые галактики. Есть спутники у Галактики Млечный Путь, и у Туманности Андромеды.
(Карликовая галактика «Большое Магелланово Облако» — спутник Галактики «Млечный путь»)
Более крупномасштабный взгляд на мир галактик выявил скопления галактик численностью в тысячи и миллионы звездных островов. Такие скопления расположены в направлении созвездий Волосы Вероники, Девы и Льва. Но это — самые близкие из скоплений. А если попытаться проникнуть взглядом сквозь мерцание звезд нашей Галактики, мы увидим, что скопления галактики окружают нас повсюду.
(Сверхскопление галактик в созвездии Геркулеса)
С помощью телескопа имени Хаббла было найдено несколько брешей среди звезд нашей Галактики. На полученных снимках видно, что галактики окружают нас буквально плотной стеной… нет, конечно — между ними довольно пустоты, как всюду во Вселенной, но создается иллюзия, что они буквально накладываются друг на друга.
В этой иллюзорной галактической сфере есть своя структуризация — галактики, объединенные в сверхскопления, образуют нити, волокна, которые протягиваются, соединяясь с подобными себе метагалактическими нитями, и рисуют на самом крупномасштабном полотне Вселенной подобие пчелиных сот.
Это уже с большим трудом укладывается в сознании даже самых продвинутых ученых. И описать на уровне законов нашего мира причины образования такой удивительно структуризации астрофизикам пока не удалось. Мы даже не представляем, что является следующей структурной единицей в нашем Мире после галактик. И это еще предстоит нам познать.
(Столкновение двух галактик спирального типа, с превращением в одну «неправильную»)
Кстати, музыку можно скачать с моего сайта: Студийная сессия «Ночные импровизации»
Надеюсь, что эта статья откроет собой целый цикл публикаций, посвященных многообразию галактик, о которых говорить можно бесконечно долго. Следите за моими новостями, Друзья.
Самая большая звезда во вселенной
В астрономии много всего интересного. Но пожалуй, самое интересное конечно, это звёзды. Мне самому очень интересна эта тема. Хватит лить воды, к делу.
Стивенсон 2-18 также известная как RSGC 2-18 и Стивенсон 2 ДФК 1, яркий красный сверхгигант или гипергигант, являющийся членом звёздного скопление Стивенсон 2. В настоящее время является крупнейшей известной звездой, отобрав лидерство у UY щита,и одним из самых ярких холодных сверхгигантов, с измеренным радиусом в 2158 солнечных радиусов (только вдумайтесь!), светимостью 440000 светимостей Солнца,массой35☉.Считается (неточно), что эффективная температура звезды составляет 3200K. Интересный факт, если поместить эту громадину на место Солнца, то она своим размером поглотит Сатурн, а остальные планеты притянет своей силой гравитации.
Ученые кардинально изменили представление об эволюции звезд во Вселенной
Белые карлики, выглядящие менее старыми, чем они есть на самом деле, натолкнули ученых на идею, что процесс эволюции звезд вовсе не так прямолинеен, как было принято считать до этого. Выходит, что все это время ученые не могли определить истинный возраст некоторых звезд.
Совместная научная работа ученых из NASA и ESA возможно изменит сложившиеся представления о процессе формирования и старения небесных светил. При помощи аппарата Hubble было определено, что отдельные белые карлики имеют источник энергии, что в свою очередь означает, что процесс их старения протекает значительно медленнее.
Стоит напомнить, что белыми карликами принято называть остывающие звезды, имеющие небольшую массу и оставшиеся без водородной оболочки. Такая судьба со временем ждет практически все звезды, в том числе и Солнце.
Изучение процесса эволюции звезд помогает исследователем как ключевые этапы процесса угасания белых карликов, так и наиболее ранние этапы их «жизни».
В ходе последнего исследования астрономы проанализировали два звездных скопления M3 и M13. Их популяции звезд, которые со временем станут белыми карликами, серьезно отличались.
Воспользовавшись камерой, установленной на аппарате Hubble, специалисты сравнили несколько сотен белых карликов, расположенных в данных звездных скоплениях. Если в звездном скоплении M3 белые карлики были абсолютно непримечательными, то в скоплении M13 были как «обычные» звезды, так и белые карлики, которые каким-то непонятным образом сумели не растерять водородную оболочку, которая давала возможность им и дальше гореть.
При этом таких «особенных» звезд оказалось совсем немало. По расчетам ученых, до 70% белых карликов могут продолжать гореть. Это означает, что процесс их старения протекает существенно медленнее.
Полученные данные имеют огромное значение для науки. Ведь, как оказалось, все это время у ученых были ложные представления о звездах в нашей галактике. Более того, это означает, что методы определения возраста звезд требуют пересмотра. Ранее процесс старения звезд считался совершенно линейным. По предварительным данным, неточность прежних расчетов может измеряться миллиардами лет.
Теория Эйнштейна о Солнце доказана с высочайшей точностью
Исследователи измерили гравитационное красное смещение Солнца с высочайшей точностью, подтвердив теоретическое предсказание, сделанное Эйнштейном в 1920 году.
Художественное изображение Солнца, Земли и Луны с кривизной пространства-времени общей теории относительности Эйнштейна в спектре солнечного света, отраженного от Луны(в цветах от синего до красного). Иллюстрация: Грабриэль Перес Диас
Фотоны – это частицы света, на которые действуют гравитационное поле. Путь фотонов может искривляться плотными телами, а их длина волны может увеличиваться, когда они выбираются из гравитационной потенциальной ямы. Эта длина волны света, выходящего из гравитационной ямы, немного смещена в сторону красного цвета и называется гравитационным красным смещением. Как сообщается в исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Astronomy & Astrophysics, эффект невелик, но измерим даже для Солнца.
Эйнштейн писал столетие назад: «Для Солнца предсказанное теоретическое красное смещение составляет примерно две миллионных длины волны. Существует ли этот эффект на самом деле – вопрос открытый, и в настоящее время астрономы прилагают все усилия, чтобы разрешить его».
Измерение гравитационного красного смещения Солнца потребовало гениального подхода. Первым шагом было посмотреть на солнечный спектр. Проще говоря, это похоже на использование призмы и раскрытие всех цветов, составляющих свет Солнца. В спектре есть темные линии, созданные элементами Солнца, атомы которых поглощают свет на определенных частотах.
Видимая часть солнечного спектра. Из статьи “Солнечный спектр“
Гравитационное красное смещение перемещает эти линии в сторону более длинных волн(ближе к красному), чем они могут показаться в лаборатории. Команда сосредоточилась на некоторых линиях и использовала свет, отражающийся от Луны, чтобы сделать измерения. В качестве инструмента они использовали высокоточный искатель планет с радиальными скоростями (HARPS), откалиброванный с помощью современной лазерной частотной гребенки, позволяющей проводить чрезвычайно точные измерения.
Измерения очень хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями солнечного гравитационного красного смещения.
«Объединив точность прибора HARPS с гребенкой частоты лазера, мы смогли с высокой точностью измерить положение линий железа в солнечном спектре», – говорит в заявлении ведущий автор доктор Джонай Гонсалес Эрнандес из Института астрофизики Канарских островов. «Это позволило нам проверить одно из предсказаний общей теории относительности Эйнштейна, гравитационное красное смещение, с точностью до нескольких метров в секунду».
