Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Астрономы называют АЯГ в зависимости от угла, под которыми мы их наблюдаем. Если случается так, что мы смотрим на какую-нибудь струю прямо сверху вниз, она будет называться блазаром.

Поскольку эти струи очень узкие, блазары представляют собой очень компактные объекты. Кроме того, они очень переменчивы, так как сила АЯГ‐струй зависит от того, сколько газов потребляет черная дыра, расположенная в центре.

Астрономы называют АЯГ квазарами или блазарами в зависимости от угла зрения, под которым мы их наблюдаем

Вглядываться в далекие космические объекты, такие как квазары или блазары, означает смотреть в прошлое. Вообразите, что вы получаете почтовую открытку от друга, который пишет о каком-то празднике. Когда вы читаете это, вы не задумываетесь о том, что они делают в этот момент, – вы пытаетесь понять, что они собирались делать, когда писали все это несколько дней назад. Для того чтобы сообщение дошло до вас, потребовалось время, следовательно, открытка принесла вам новости о прошлом, об уже совершившемся, не о настоящем. То же самое происходит со светом и космическим пространством.

Когда мы наблюдаем какой-либо объект, находящийся на расстоянии в миллиарды световых лет от нас, мы осознаем, что этому свету потребовались миллиарды лет для того, чтобы достичь Земли. Следовательно, в этом случае мы видим образ Вселенной, каким он был в прошлом, миллиарды лет назад. Астрономы установили, что большая часть квазаров и блазаров обнаруживается на огромных расстояниях от Земли, из чего можно заключить, что на ранней стадии Вселенной они были более распространены, чем сейчас.

Красное смещение

Есть множество имен, с которыми ассоциируется астрономия XX века, но имени Весто Слайфера среди них нет. История каким-то образом прошла мимо него, в то время как его вклад в наше понимание Вселенной трудно переоценить: в 1912 году он стал первым человеком, измерившим красное смещение галактики.

Мы уже встречались с идеей красного и фиолетового смещений ранее, когда обсуждали метод радиальной скорости при исследовании экзопланет. Если источник света удаляется от вас, его световые волны будут удлиняться и их спектральные линии – аналоги черных штрихкодов – будут смещаться в направлении красного конца спектра цветов. Спектральные линии приближающихся объектов смещены в сторону фиолетового конца. Чем сильнее смещение, тем быстрее движется объект.

УЛЬТРАГЛУБОКОЕ ПОЛЕ ХАББЛА

Космический телескоп «Хаббл» (КТХ) коренным образом изменил наше представление о Вселенной.

Одной из самых знаменитых фотографий, сделанных им, является снимок глубокого поля Хаббла. В период с 18 по 28 декабря 1995 года астрономы с помощью КТХ непрестанно вглядывались в область неба размером с песчинку, которую держат на расстоянии вытянутой руки. Фотография была заполнена тремя тысячами крапинок, пятен и клякс – одними из самых отдаленных галактик, когда-либо открытых человеком. Они находятся так далеко от нас, что большая их часть уже не существует. За 13 с небольшим миллиардов лет, которые потребовались для того, чтобы их свет добрался до нас, они исчезли.

В период с 2003 по 2004 год астрономы сделали аналогичные фотографии, получившие название ультраглубокого поля Хаббла. Оценки, сделанные на ее основании, позволяют предполагать, что в доступной нашему обзору Вселенной присутствует 2 триллиона галактик. В каждой из них имеются сотни миллиардов звезд, а это значит, что во Вселенной больше звезд, чем количество сердцебиений, которые отмечались на протяжении всей человеческой истории. Если учесть, что на каждого представителя Homo Sapiens, когда-либо жившего на нашей планете, приходится одно сердцебиение в секунду, – то это все равно в тысячу раз меньше, чем число звезд во Вселенной.

Сайфер был первым из астрономов, кто тщательно проанализировал спектр галактик и обнаружил эти смещения. К 1921 году он изучил в общей сложности 41 галактику, открыв, что Андромеда и три других объекта движутся в нашу сторону (их спектры смещены в направлении фиолетового конца).

Однако большая часть его галактик демонстрировала красное смещение – все они удаляются от Млечного Пути.

Сегодня нам известно примерно о сотне галактик с фиолетовым смещением, при этом галактик с красным смещением сотни миллиардов. Это означает, что почти каждая галактика во Вселенной удаляется от Млечного Пути.

Закон Хаббла

Имя, которое в первую очередь ассоциируется с красным смещением галактик, принадлежит не Сайферу, а его коллеге, американскому астроному Эдвину Хабблу. Хаббл проводил измерения расстояний до галактик с использованием метода цефеид, разработанного Генриеттой Суон Ливитт, и сравнивал их с данными Сайфера по красному смещению галактик. При этом он обнаружил очень простую закономерность: чем дальше от нас галактика, тем больше ее красное смещение. Более отдаленные от нас галактики, очевидно, удаляются от нас быстрее, чем те, что находятся ближе. Хаббл опубликовал свое открытие в 1931 году.

Эта открытие стало известным как закон Хаббла (притом что бельгийский священник и астроном Жорж Леметр высказал и опубликовал аналогичную идею еще в 1929 году). Число, получившее название константы Хаббла, показывает, насколько быстро галактика движется. Современное значение константы Хаббла – обозначаемой как H0 – составляет приблизительно 21 километр в секунду на миллион световых лет. Если галактика А находится от нас на миллион световых лет дальше, чем галактика Б, то это значит, что каждую секунду она удаляется от нас дополнительно на 21 километр.

Благодаря закону Хаббла, красное смещение превратилось в незаменимый инструмент для измерения расстояний в космосе. Все, что вам нужно, это проанализировать спектр галактики, чтобы обнаружить его красное смещение, а затем, воспользовавшись законом Хаббла, вычислить на его основе расстояние, на котором объект находится. Самым удаленным от нас объектом из всех известных в настоящее время является объект, демонстрирующий самое большое красное смещение, – это GN-z11, находящийся на расстоянии примерно 13,4 миллиарда световых лет от нас.

Расширяющаяся Вселенная

Постулат, лежащий в основе закона Хаббла, очень прост: чем дальше находится галактика, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется от нас. Между тем, эта кажущаяся безобидной идея имеет невероятно глубокие последствия. Получается так, что наша Вселенная расширяется.

На первый взгляд, совсем не очевидно, почему закон Хаббла подразумевает, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Для простоты понимания, представьте себе тесто, начиненное изюмом, которое вы собираетесь поставить в духовку для выпекания. Предположим, что тесто за один час расширится, увеличившись в два раза от своей первоначальной величины. Зернышко изюма, которое изначально находилось на расстоянии одного сантиметра от вас, окажется от вас на расстоянии два сантиметра. Изюминка, сначала находящаяся в тесте с расстояния двух сантиметров от вас, в итоге окажется на расстоянии четырех сантиметров. Изюминка, находившаяся ближе к вам, как оказывается, перемещалась на один сантиметр в час, а та, которая находилась дальше, перемещалась на два сантиметра за то же самое время. То есть, изюминка, находившаяся дальше, удалялась от нас быстрее.