Для начала на примере Млечного Пути давайте разберемся что представляют из себя галактики. Итак, галактика — это огромная гравитационно связанная система. В ней содержится порядка 200 миллиардов звезд, а также туманности, темная материя, планеты, облака пыли и газа, а также звездные скопления.
Все объекты, находящиеся в галактике, участвуют в движении относительно общего центра масс. В самом сердце галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая, кстати, по сообщениям ученых в последнее время ведет себя довольно странно.
Все, что астрономы знают о Вселенной известно благодаря наблюдениям. Вглядываясь в глубины космоса, космический телескоп Hubble отправляет на нашу планету снимки далеких звезд, планет и галактик.
По оценкам ученых только в наблюдаемой Вселенной находятся около двух триллионов галактик. Это трудно представить, однако благодаря фотографиям мы имеем о них и их расположении некоторое представление. Астроном Эдвин Хаббл еще в 1925 году определил несколько видов галактик: эллиптическая, неправильная, обычная спиральная, пересеченная спиральная и линзообразная. Выходит, ученые знают какие бывают галактики и что происходит внутри них, но знают ли они что находится между галактиками?
15 тысяч галактик в объективе телескопа Hubble
Так выглядит центр Млечного Пути
В зависимости от вида, согласно классификации Эдвина Хаббла, каждая галактика имеет свои особенности. Так, Млечный Путь по своей форме в профиль отдаленно похож на “летающую тарелку”. А не так давно ученые выяснили, что наша галактика совсем не плоская, как считалось раньше — оказалось, что Млечный Путь больше напоминает гармошку, так как галактика как будто смята ближе к краям.
Расстояние между галактиками чрезвычайно велико. Так, ближайшая к нам галактика Андромеда располагается на расстоянии 2,5 миллионов световых лет от Земли. Такое расстояние сложно себе представить. Но что находится между галактиками?
Еще одна загадка Вселенной
Вскоре после Большого взрыва Вселенная была заполнена газом, в основном водородом. Со временем, то тут то там, гравитация стала стягивать газ к облакам, которые впоследствии превратились в галактики внутри которых родились звезды. Знаете по какой причине сияют звезды? Все дело в термоядерном горении водорода — те звезды, что превращаются в сверхновые и погибают после взрыва “выталкивают” газ обратно из галактик.
Там, в таинственном межгалактическом пространстве, газ охлаждается и становится плотнее. Там он и находится, пока сила гравитации не втягивает его обратно в галактику, где образуются новые звезды. Процесс повторяется: гравитация конденсирует газ в галактики и звезды, звезды взрываются и выбрасывают газ, гравитация снова притягивает газ и рождаются новые звезды.
Телескоп Hubble сделал снимок взрыва сверхновой
Со временем в любой галактике начинает заканчиваться перерабатываемый газ. А без газа во Вселенной не могут образовываться новые звезды; старые звезды живут своей жизнью и умирают, и в конечном итоге галактика тоже умирает. Галактики обитают в так называемой газовой ванне, среде, из которой они родились, и которая питает их. Галактики вдыхают и выдыхают газ, а звезды продолжают гореть, пока газ не исчезнет. Красиво звучит, правда?
Из чего состоит Вселенная?
Раньше проблема с проверкой этой теории заключалась в том, что приборы астрономов были едва способны обнаружить признаки межгалактического газа, не говоря уже о его появлении и исчезновении. Однако сегодня, благодаря более чувствительным инструментам, ученые знают намного больше. Полученные данные говорят о том, что межгалактическая среда богата газом, который наполняет Вселенную и порождает галактики. Чуть менее убедительные, а иногда и загадочные свидетельства в около галактической среде показывают, что галактики живут за счет рециркуляции газа в звезды и из звезд.
А вот доказательства того, что у галактик может закончиться газ, и звезды перестанут рождаться, что приведет к гибели галактики пока только предварительные. Дело в том, что даже в молодой Вселенной газ не однороден. Межгалактическая среда также не является чистым водородом: она частично заполнена элементами, более тяжелыми, чем водород, которые появляются, когда звезды взрываются и умирают.
И все же, несмотря на множество вопросов, ученые сходятся во мнении, что эта древняя, охлаждающая, разреженная межгалактическая среда является хорошо понятой сущностью, которая содержит убедительную картину того, когда и из чего возникли галактики.
Однако, несмотря на появление новых инструментов и совместной работы ученых, на сегодняшний день общей картины рождения, жизни и смерти галактик нет. Чтобы лучше понять это, ученые прибегают к помощи компьютерной симуляции — так, недавно астрономы создали 8 миллионов галактик внутри компьютера. Вне зависимости от того, реальны симуляции или нет, именно с их помощью ученые смогут получить ответы на вопросы о природе межгалактического газа. Дело в том, что симуляции — наиболее ясная визуализация того, как газ мог создать галактики.
Ученые полагают что сегодня, 13,8 миллиардов лет спустя после Большого взрыва, только 60% газа сосредоточено в межгалактической среде; остальное находится в около галактической среде и внутри галактик. Получается, что на просторах Вселенной галактики нанизаны на пустоты, похожие на освещенные автомагистрали. Красиво! Несмотря на то, что многое пока остается загадкой.
Почему наше понимание Вселенной необходимо пересмотреть
Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад в результате Большого Взрыва. С тех пор она непрерывно расширяется. А вот узнали мы об этом чуть менее ста лет назад. В 1920 году американский астроном Эдвин Хаббл изобрел самый большой на тот момент телескоп в мире, а его коллега Весто Слайфер заметил красное свечение туманности — то, что сегодня мы называем галактиками — и определил, что туманности кажутся нам красными, из-за того, что удаляются от нашей планеты. Этот эффект называется красным смещением — наблюдаемое для всех далеких от Земли источников (квазары, галактики) излучение, которое говорит о том, что все источники удаляются друг от друга. Иными словами — красное смещение означает, что Вселенная расширяется. Недавно ученые захотели рассчитать точную скорость ее расширения. Выяснилось, что в нашем понимании Вселенной могут присутствовать фундаментальные неточности.
До сих пор нет единого мнения на счет того, с какой скоростью космические объекты отдаляются друг от друга
Что такое постоянная Хаббла?
Эдвин Хаббл вел наблюдения за туманностью Андромеда и смог классифицировать ее как звездную систему. Открытие астронома расширило наше понимание Вселенной — теперь мы знаем, что она наполнена галактиками. Таким образом Эдвин Хаббл открыл космологический закон, который характеризует расширение Вселенной. Чтобы вычислить скорость, с которой Вселенная расширяется, необходимо использовать коэффициент пропорциональности — постоянной Хаббла.
Используя постоянную Хаббла можно определить среднее значение скоростей галактик. Величина коэффициента пропорциональности, выведенная ученым составляет примерно 500 км/сек на 1 Мпк. Напомним, что космические расстояния измеряют в парсеках: 1 парсек равняется 3,0857•1019 километров. А один мегапарсек — это расстояние в миллион парсеков.
Все что нам известно о расширении Вселенной
Однако с того момента, как Хаббл вывел свою постоянную, астрономы, которые ведут наблюдение за расширением Вселенной, каждый раз приходят к разным значениям постоянной Хаббла. И эти значения не согласуются друг с другом. Подобное несоответствие заставляет усомниться в нашей способности определить точный возраст Вселенной и даже поставить под вопрос наше понимание ее фундаментальных законов.
Так с какой скоростью расширяется Вселенная?
Группа исследователей под руководством астронома Чикагского университета Венди Фридман измерила яркость красных гигантов в далеких галактиках. В ходе исследования выяснилось, что расстояние от Земли до красных гигантов оказалось вычислить легче, чем расстояние до других звезд. Таким образом, согласно расчетам астрономов, Вселенная расширяется со скоростью 69,8 км/с на 1 Мпк. Отметим, что результаты исследования вскоре будут опубликованы в журнале Astrophysical Journal.
Как вы уже могли заметить, полученные результаты отличаются от тех, что рассчитал Хаббл. Согласно работе Фридман и ее команды, скорость расширения Вселенной более медленная, чем скорость, которую рассчитала другая команда ученых в своем недавнем исследовании — в нем специалисты сфокусировались на другом типе звезды. Однако полученные Фридман результаты превышают скорость расширения Вселенной, которая была рассчитана в еще одном исследовании, в котором астрономы измерили остаток реликтового излучения после Большого Взрыва, также называемого микроволновым фоновым излучением.
Таким образом, постоянная Хаббла является самой большой проблемой современной космологии. Специалисты не исключают, что определив скорость расширения Вселенной, мы сможем приблизиться к разгадке тайны темной материи и темной энергии.
Узнаем ли мы точную скорость расширения Вселенной?
В середине следующего десятилетия специалисты NASA надеяться запустить на орбиту Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) — широкодиапазонный инфракрасный телескоп. Ученые полагают, что с его помощью астрономы смогут более точно измерять расстояния между космическими объектами. А это, в свою очередь, может привести нас к согласованию значений постоянной Хаббла.
