Hur upptäcktes fenomenet expansion av galaxer. Forskare kan inte förklara den snabba expansionen av galaxer från Vintergatan. Hur stort är det observerbara universum

Nästa steg i organiseringen av materia i universum är galaxer. Ett typiskt exempel är vår galax, Vintergatan. Den innehåller cirka 10 11 stjärnor och har formen av en tunn skiva med en förtjockning i mitten.
På fig. 39 visar schematiskt strukturen för vår Vintergatans galax och indikerar solens position i en av galaxens spiralarmar.

Ris. 39. Vintergatans struktur.

På fig. 40 visar en projektion på ett plan med 16 närmaste grannar till vår galax.

Ris. 40. 16 närmaste grannar till vår galax, projicerade på ett plan. LMC och MMO − Stora och små Magellanska moln

Stjärnor i galaxer är ojämnt fördelade.
Storleken på galaxer varierar från 15 till 800 tusen ljusår. Galaxernas massa varierar från 10 7 till 10 12 solmassor. De flesta stjärnor och kall gas är koncentrerade i galaxer. Stjärnor i galaxer hålls samman av det totala gravitationsfältet för galaxen och mörk materia.
Vår Vintergatans galax är ett typiskt spiralsystem. Stjärnorna i galaxen, tillsammans med galaxernas allmänna rotation, har också sina egna hastigheter i förhållande till galaxen. Solens omloppshastighet i vår galax är 230 km/s. Solens egen hastighet i förhållande till galaxen är
20 km/s.

Upptäckten av galaxvärlden tillhör E. Hubble. 1923–1924, när han observerade förändringar i ljusstyrkan hos Cepheider som finns i enskilda nebulosor, visade han att nebulosorna han upptäckte var galaxer belägna utanför vår galax, Vintergatan. I synnerhet upptäckte han att Andromeda-nebulosan är ett annat stjärnsystem - en galax som inte är en del av vår Vintergatans galax. Andromeda-nebulosan är en spiralgalax som ligger på ett avstånd av 520 kpc. Den tvärgående storleken på Andromeda-nebulosan är 50 kpc.
Genom att studera individuella galaxers radiella hastigheter gjorde Hubble en enastående upptäckt:

H = 73,8 ± 2,4 km s -1 megaparsec -1 är Hubble-parametern.

Ris. 41. Original Hubble-graf från ett papper från 1929.

Ris. 42. Hastigheten för borttagning av galaxer beroende på avståndet till jorden.

På fig. 42 vid koordinaternas ursprung visar en kvadrat området för galaktiska hastigheter och avstånden till dem, på grundval av vilken E. Hubble härledde relation (9).
Hubbles upptäckt hade en förhistoria. 1914 visade astronomen V. Slifer att Andromeda-nebulosan och flera andra nebulosor rör sig i förhållande till solsystemet med hastigheter på cirka 1000 km/h. E. Hubble, som arbetade på världens största teleskop med en huvudspegel med en diameter på 2,5 m vid Mount Wilson Observatory i Kalifornien (USA), lyckades för första gången lösa upp enskilda stjärnor i Andromeda-nebulosan. Bland dessa stjärnor fanns Cepheidstjärnor, för vilka beroendet mellan perioden för ljusförändring och ljusstyrka är känt.
Genom att känna till stjärnans ljusstyrka och stjärnans hastighet, fick E. Hubble beroende av hastigheten för borttagning av stjärnor från solsystemet beroende på avståndet. På fig. 41 visar en graf från originalverket av E. Hubble.

Ris. 43. Rymdteleskopet Hubble

Den radiella rörelsehastigheten för himmelska objekt - stjärnor, galaxer - bestäms genom att mäta förändringen i frekvensen av spektrallinjer. När strålningskällan rör sig bort från observatören skiftar våglängderna mot längre våglängder (rödförskjutning). När strålningskällan närmar sig observatören skiftar våglängderna mot kortare våglängder (blått skift). Genom att öka bredden på spektrallinjefördelningen kan man bestämma temperaturen på det emitterande objektet.
Hubble delade in galaxer efter deras utseende i tre breda klasser:

elliptisk (E),

spiral (S),

oregelbunden (Ir).

Ris. 44. Typer av galaxer (spiralformade, elliptiska, oregelbundna).

Ett karakteristiskt drag för spiralgalaxer är spiralarmarna som sträcker sig från mitten över stjärnskivan.
Elliptiska galaxer är strukturlösa elliptiska system.
Oregelbundna galaxer kännetecknas av en utåtgående kaotisk, trasig struktur och har ingen bestämd form.
En sådan klassificering av galaxer återspeglar inte bara deras yttre former, utan också egenskaperna hos deras ingående stjärnor.
Elliptiska galaxer består mestadels av gamla stjärnor. I oregelbundna galaxer är det stjärnor som är yngre än solen som bidrar främst till strålningen. Spiralgalaxer innehåller stjärnor i alla åldrar. Således bestäms skillnaden i galaxernas utseende av arten av deras evolution. I elliptiska galaxer upphörde stjärnbildningen praktiskt taget för miljarder år sedan. Spiralgalaxer fortsätter att bilda stjärnor. I oregelbundna galaxer är stjärnbildningen lika intensiv som den var för miljarder år sedan. Nästan alla stjärnor är koncentrerade i en bred skiva, vars huvuddel är interstellär gas.
Tabell 19 visar en relativ jämförelse av dessa tre typer av galaxer och en jämförelse av deras egenskaper baserat på E. Hubbles analys.

Tabell 19

I relativ närhet till vår Vintergatan-galax har astronomer upptäckt flera små galaxer som har tvingat dem att tänka på tyngdlagarna de känner till. Dessa galaxer bildar en hel ring med en diameter på 10 miljoner ljusår och flyger bort från oss i så hög hastighet att forskarna inte kan hitta en tydlig förklaring till en så snabb expansion.

Genom att hitta analogier mellan den upptäckta strukturen och Big Bang, är forskare säkra på att den bildades och fick fart på grund av konvergensen mellan Vintergatan och Andromedagalaxen i det avlägsna förflutna.

Det finns bara ett problem: forskare kan inte förstå varför dessa små galaxer fick så hög hastighet med en sådan spridning.

"Om Einsteins gravitationsteori är korrekt, kan vår galax aldrig komma tillräckligt nära Andromeda för att skjuta ut något med en sådan hastighet", förklarade Zhao Hongsheng från University of St. Andrews (Skottland), författare till en studie publicerad i tidskriften MNRAS .

Zhao och kollegor studerar rörelserna i denna ring av små galaxer, som tillsammans med Vintergatan och Andromeda-galaxen ingår i den så kallade lokala gruppen, som omfattar minst 54 galaxer. Vår spiralgalax Vintergatan och den närliggande Andromeda-galaxen är åtskilda av 2,5 miljoner ljusår, men till skillnad från de flesta kända galaxer rör sig vår granne inte ifrån oss, utan flyger mot oss med en hastighet på över 400 km/s.

Genom att använda Standard Cosmological Model (den så kallade ΛCDM-modellen) i sina beräkningar, föreslår forskare att två galaxer om 3,75 miljarder år borde kollidera, och efter några miljarder år kommer denna kollision att leda till en kraftig förstörelse av båda galaxerna och bildandet av en ny. Men om dessa galaxer närmar sig nu, kan de ha närmat sig tidigare?

2013, Zhao laget föreslog att Vintergatan och Andromeda för 7-11 miljarder år sedan redan flög förbi varandra på mycket nära avstånd.

Detta gav upphov till "tsunamiliknande" vågor i dem, tack vare vilka mindre galaxer kastades ut, som idag observeras flyga bort från oss.

Liknande tillvägagångssätt för två galaxer är kända för astronomer (i illustrationen till noten - närmandet av galaxerna NGC 5426 och NGC 5427). Men de flyger isär för snabbt. "De höga galaktocentriska radiella hastigheterna för några av de lokala galaxerna orsakades av krafter som verkade på dem som vår modell inte tar hänsyn till", avslutade de i tidningen. Dessutom råder det inga tvivel om det gemensamma förflutna för Vintergatan, Andromeda och dessa expanderande galaxer, om så bara för att de är ungefär i samma plan, hävdar forskare.

”Den ringformade fördelningen är väldigt specifik. Dessa små galaxer ser ut som regndroppar som flyger från ett roterande paraply, sa studiens medförfattare Indranil Banik.

"Jag uppskattar att chansen att slumpmässigt fördelade galaxer ställer sig på det här sättet är 1/640.

Jag spårade deras ursprung till en dynamisk händelse som hände när universum var halva dess ålder."

ΛCDM-modell - , som tar hänsyn till närvaron i universum av vanlig (baryonmateria, mörk energi, beskriven i Einsteins ekvationer i form av en konstant Λ) och kall mörk materia.

Problemet med det beskrivna scenariot för expansion av små galaxer ligger inte bara i den hypotetiska kränkningen av ΛCDM-modellen. Beräkningar visar att ett så nära närmande av Vintergatan och Andromeda tidigare borde ha lett till deras sammanslagning, vilket som bekant inte skedde.

"En sådan hög hastighet (av galaxernas expansion) kräver 60 gånger mer massa stjärnor än vi ser idag i Vintergatan och Andromeda. Men friktionen som skulle ha utvecklats mellan den massiva mörka materiens halo i mitten av galaxerna och dessa stjärnor skulle ha lett till deras sammanslagning, snarare än den 2,5 miljoner ljusårsseparation som inträffade”, förklarade Banik.

"Vetenskapen utvecklas genom utmaningar", säger Marcel Pawlowski, en astrofysiker vid University of California, Irvine. "Denna jättering utgör en allvarlig utmaning för standardparadigmet."

Vi rekommenderar starkt att lära känna honom. Du kommer att hitta många nya vänner där. Det är också det snabbaste och mest effektiva sättet att kontakta projektadministratörer. Avsnittet Antivirusuppdateringar fortsätter att fungera - alltid uppdaterade gratisuppdateringar för Dr Web och NOD. Har du inte hunnit läsa något? Hela innehållet i tickern finns på denna länk.

Den här artikeln diskuterar solens och galaxens hastighet i förhållande till olika referensramar:

Solens hastighet i galaxen i förhållande till de närmaste stjärnorna, synliga stjärnor och Vintergatans centrum;

Galaxens hastighet i förhållande till den lokala gruppen av galaxer, avlägsna stjärnhopar och kosmisk bakgrundsstrålning.

Kort beskrivning av Vintergatans galax.

Beskrivning av galaxen.

Innan vi går vidare till studiet av solens och galaxens hastighet i universum, låt oss lära känna vår galax bättre.

Vi bor liksom i en gigantisk "stjärnstad". Eller snarare, vår sol "bor" i den. Befolkningen i denna "stad" är en mängd olika stjärnor, och mer än tvåhundra miljarder av dem "bor" i den. En myriad av solar föds i den, som går genom sin ungdom, medelålder och ålderdom - de går igenom en lång och svår livsväg som varar i miljarder år.

Dimensionerna på denna "stjärnstad" - galaxen är enorma. Avstånden mellan grannstjärnor är i genomsnitt tusentals miljarder kilometer (6*1013 km). Och det finns mer än 200 miljarder sådana grannar.

Om vi ​​tävlade från ena änden av galaxen till den andra med ljusets hastighet (300 000 km/sek) skulle det ta cirka 100 000 år.

Hela vårt stjärnsystem roterar långsamt som ett gigantiskt hjul som består av miljarder solar.

Solens bana

I mitten av galaxen finns det tydligen ett supermassivt svart hål (Skytten A *) (cirka 4,3 miljoner solmassor) runt vilket, förmodligen, ett svart hål med medelmassa från 1000 till 10 000 solmassor roterar och har en omloppsperiod på cirka 100 år och flera tusen relativt små. Deras kombinerade gravitationsverkan på närliggande stjärnor gör att de senare rör sig längs ovanliga banor. Det finns ett antagande att de flesta galaxer har supermassiva svarta hål i sin kärna.

De centrala regionerna i galaxen kännetecknas av en stark koncentration av stjärnor: varje kubisk parsec nära mitten innehåller många tusen av dem. Avstånden mellan stjärnor är tiotals och hundratals gånger mindre än i närheten av solen.

Galaxens kärna med stor kraft attraherar alla andra stjärnor. Men ett stort antal stjärnor är bosatta i hela "stjärnstaden". Och de lockar också varandra i olika riktningar, och detta har en komplex effekt på varje stjärnas rörelse. Därför rör sig solen och miljarder andra stjärnor mestadels i cirkulära banor eller ellipser runt galaxens centrum. Men det är bara "i princip" - om vi tittar noga, skulle vi se dem röra sig i mer komplexa krökta, slingrande banor bland de omgivande stjärnorna.

Funktion hos Vintergatans galax:

Solens placering i galaxen.

Var i galaxen finns solen och rör sig den (och med den jorden, och du och jag)? Är vi i "stadskärnan" eller åtminstone någonstans nära den? Studier har visat att solen och solsystemet är belägna på ett stort avstånd från galaxens centrum, närmare "urbans utkanter" (26 000 ± 1 400 ljusår).

Solen är belägen i planet för vår galax och avlägsnas från dess centrum med 8 kpc och från galaxens plan med cirka 25 pc (1 pc (parsec) = 3,2616 ljusår). I den del av galaxen där solen befinner sig är stjärndensiteten 0,12 stjärnor per pc3.

modell av vår galax

Solens hastighet i galaxen.

Solens hastighet i galaxen betraktas vanligtvis i förhållande till olika referensramar:

i förhållande till närliggande stjärnor.

I förhållande till alla ljusa stjärnor som är synliga för blotta ögat.

Angående interstellär gas.

I förhållande till mitten av galaxen.

1. Solens hastighet i galaxen i förhållande till de närmaste stjärnorna.

Precis som ett flygande flygplans hastighet betraktas i förhållande till jorden, utan hänsyn till jordens flygning, så kan solens hastighet bestämmas i förhållande till stjärnorna närmast den. Såsom stjärnorna i Sirius-systemet, Alpha Centauri, etc.

Denna hastighet för solen i galaxen är relativt liten: endast 20 km/sek eller 4 AU. (1 astronomisk enhet är lika med det genomsnittliga avståndet från jorden till solen - 149,6 miljoner km.)

Solen, i förhållande till de närmaste stjärnorna, rör sig mot en punkt (apex) som ligger på gränsen till konstellationerna Hercules och Lyra, ungefär i en vinkel på 25 ° mot galaxens plan. Ekvatorialkoordinater för spetsen = 270°, = 30°.

2. Solens hastighet i galaxen i förhållande till de synliga stjärnorna.

Om vi ​​betraktar solens rörelse i Vintergatans galax i förhållande till alla stjärnor som är synliga utan ett teleskop, så är dess hastighet ännu lägre.

Solens hastighet i galaxen i förhållande till de synliga stjärnorna är 15 km/sek eller 3 AU.

Toppen av solens rörelse ligger i detta fall också i stjärnbilden Herkules och har följande ekvatorialkoordinater: = 265°, = 21°.

Solens hastighet i förhållande till närliggande stjärnor och interstellär gas

3. Solens hastighet i galaxen i förhållande till den interstellära gasen.

Nästa objekt i galaxen, med avseende på vilket vi kommer att överväga solens hastighet, är interstellär gas.

Universums vidder är långt ifrån så ödsliga som man trodde länge. Även om det är i små mängder finns interstellär gas överallt och fyller alla hörn av universum. Den interstellära gasen, med den skenbara tomheten i universums ofyllda rymd, står för nästan 99 % av den totala massan av alla rymdobjekt. Täta och kalla former av interstellär gas som innehåller väte, helium och minimala mängder tunga grundämnen (järn, aluminium, nickel, titan, kalcium) befinner sig i ett molekylärt tillstånd och förenas till stora molnfält. Vanligtvis, i sammansättningen av den interstellära gasen, är elementen fördelade enligt följande: väte - 89%, helium - 9%, kol, syre, kväve - cirka 0,2-0,3%.

Ett grodyngelliknande moln av interstellär gas och damm IRAS 20324+4057 som döljer en växande stjärna

Moln av interstellär gas kan inte bara rotera på ett ordnat sätt runt galaktiska centra, utan har också instabil acceleration. Under loppet av flera tiotals miljoner år kommer de ikapp varandra och kolliderar och bildar komplex av damm och gas.

I vår galax är huvudvolymen av interstellär gas koncentrerad i spiralarmar, vars en av korridorerna ligger nära solsystemet.

Solens hastighet i galaxen i förhållande till den interstellära gasen: 22-25 km/sek.

Interstellär gas i omedelbar närhet av solen har en betydande inre hastighet (20-25 km/s) i förhållande till de närmaste stjärnorna. Under dess inflytande förskjuts toppen av solens rörelse mot stjärnbilden Ophiuchus (= 258°, = -17°). Skillnaden i rörelseriktning är ca 45°.

4. Solens hastighet i galaxen i förhållande till galaxens centrum.

I de tre punkter som diskuterats ovan talar vi om solens så kallade säregna, relativa hastighet. Med andra ord, säregen hastighet är hastigheten i förhållande till den kosmiska referensramen.

Men solen, stjärnorna närmast den och det lokala interstellära molnet är alla involverade i en större rörelse - rörelse runt galaxens centrum.

Och här pratar vi om helt andra hastigheter.

Solens hastighet runt galaxens centrum är enorm med jordiska mått mätt - 200-220 km/s (cirka 850 000 km/h) eller mer än 40 AU. / år.

Det är omöjligt att bestämma solens exakta hastighet runt galaxens centrum, eftersom galaxens centrum är gömt för oss bakom täta moln av interstellärt damm. Men fler och fler nya upptäckter i detta område minskar den uppskattade hastigheten för vår sol. På senare tid pratade de om 230-240 km/s.

Solsystemet i galaxen rör sig mot stjärnbilden Cygnus.

Solens rörelse i galaxen sker vinkelrätt mot riktningen mot galaxens centrum. Därav de galaktiska koordinaterna för spetsen: l = 90°, b = 0° eller i mer välkända ekvatorialkoordinater - = 318°, = 48°. Eftersom detta är en vändningsrörelse, skiftar spetsen och fullbordar en hel cirkel under ett "galaktiskt år", ungefär 250 miljoner år; dess vinkelhastighet är ~5" / 1000 år, det vill säga koordinaterna för spetsen skiftar med en och en halv grad per miljon år.

Vår jord är ungefär 30 sådana "galaktiska år" gammal.

Solens hastighet i galaxen i förhållande till galaxens centrum

Förresten, ett intressant faktum om solens hastighet i galaxen:

Solens rotationshastighet runt galaxens centrum sammanfaller nästan med hastigheten på kompressionsvågen som bildar spiralarmen. Denna situation är atypisk för galaxen som helhet: spiralarmarna roterar med en konstant vinkelhastighet, som ekrar i hjul, och stjärnornas rörelse sker med ett annat mönster, så nästan hela stjärnpopulationen på skivan kommer antingen in i spiralarmar eller faller ur dem. Det enda stället där stjärnornas och spiralarmarnas hastigheter sammanfaller är den så kallade samrotationscirkeln, och det är på den som solen befinner sig.

För jorden är denna omständighet extremt viktig, eftersom våldsamma processer sker i spiralarmarna, som bildar kraftfull strålning som är destruktiv för allt levande. Och ingen atmosfär kunde skydda honom från det. Men vår planet finns på en relativt lugn plats i galaxen och har inte påverkats av dessa kosmiska katastrofer på hundratals miljoner (eller till och med miljarder) år. Kanske var det därför livet kunde uppstå och överleva på jorden.

Galaxens rörelsehastighet i universum.

Galaxens rörelsehastighet i universum betraktas vanligtvis i förhållande till olika referensramar:

Relativt till den lokala gruppen av galaxer (hastighet av närmande till Andromedagalaxen).

I förhållande till avlägsna galaxer och galaxhopar (galaxens rörelsehastighet som en del av den lokala gruppen av galaxer till konstellationen Jungfrun).

När det gäller relikstrålningen (rörelsehastigheten för alla galaxer i den del av universum som är närmast oss till Great Attractor - ett kluster av enorma supergalaxer).

Låt oss ta en närmare titt på var och en av punkterna.

1. Vintergatans rörelsehastighet mot Andromeda.

Vår Vintergatans galax står inte heller stilla utan attraheras av gravitation och närmar sig Andromedagalaxen med en hastighet av 100-150 km/s. Huvudkomponenten i galaxernas närmandehastighet tillhör Vintergatan.

Den laterala komponenten av rörelsen är inte exakt känd, och det är för tidigt att oroa sig för en kollision. Ett ytterligare bidrag till denna rörelse görs av den massiva galaxen M33, som ligger ungefär i samma riktning som Andromedagalaxen. I allmänhet är hastigheten för vår galax i förhållande till barycentrum för den lokala gruppen av galaxer ungefär 100 km/s ungefär i Andromeda/Ödlans riktning (l = 100, b = -4, = 333, = 52), men, dessa uppgifter är fortfarande mycket ungefärliga. Detta är en mycket blygsam relativ hastighet: galaxen förskjuts av sin egen diameter på två eller trehundra miljoner år, eller, mycket ungefär, på ett galaktiskt år.

2. Vintergatans rörelsehastighet mot Jungfruklustret.

I sin tur rör sig gruppen av galaxer, som inkluderar vår Vintergatan som helhet, mot det stora klustret av Jungfrun med en hastighet av 400 km/s. Denna rörelse beror också på gravitationskrafter och utförs i förhållande till avlägsna galaxhopar.

Vintergatans hastighet mot Jungfruklustret

3. Rörelsehastigheten för galaxen i universum. Till den stora attraktionen!

Relikstrålning.

Enligt Big Bang-teorin var det tidiga universum ett hett plasma bestående av elektroner, baryoner och ständigt emitterade, absorberade och återutsända fotoner.

När universum expanderade kyldes plasmat ner och vid ett visst skede fick bromsade elektroner möjlighet att kombineras med bromsade protoner (vätekärnor) och alfapartiklar (heliumkärnor) och bilda atomer (denna process kallas rekombination).

Detta hände vid en plasmatemperatur på cirka 3 000 K och en ungefärlig ålder av universum på 400 000 år. Det finns mer fritt utrymme mellan partiklar, det finns färre laddade partiklar, fotoner sprids inte längre så ofta och kan nu röra sig fritt i rymden, praktiskt taget utan att interagera med materia.

De fotoner som vid den tiden sänds ut av plasman mot jordens framtida plats når fortfarande vår planet genom universums rymd som fortsätter att expandera. Dessa fotoner utgör relikstrålningen, som är termisk strålning som jämnt fyller universum.

Förekomsten av relikstrålning förutspåddes teoretiskt av G. Gamow inom ramen för Big Bang-teorin. Dess existens bekräftades experimentellt 1965.

Galaxens rörelsehastighet i förhållande till den kosmiska bakgrundsstrålningen.

Senare började studiet av galaxernas rörelsehastighet i förhållande till den kosmiska bakgrundsstrålningen. Denna rörelse bestäms genom att mäta olikformigheten i temperaturen hos reliktstrålningen i olika riktningar.

Strålningstemperaturen har ett maximum i rörelseriktningen och ett minimum i motsatt riktning. Graden av avvikelse av temperaturfördelningen från isotropisk (2,7 K) beror på storleken på hastigheten. Det följer av analysen av observationsdata att solen rör sig i förhållande till den kosmiska mikrovågsbakgrunden med en hastighet av 400 km/s i riktningen =11,6, =-12.

Sådana mätningar visade också en annan viktig sak: alla galaxer i den del av universum som ligger närmast oss, inklusive inte bara vår lokal grupp, men också Jungfruklustret och andra kluster, rör sig i förhållande till bakgrundens kosmiska mikrovågsbakgrund med oväntat hög hastighet.

För den lokala gruppen av galaxer är det 600-650 km/s med en spets i stjärnbilden Hydra (=166, =-27). Det ser ut som att det någonstans i universums djup finns ett enormt kluster av många superkluster som attraherar materia i vår del av universum. Detta kluster fick namnet Stor attraktion- från det engelska ordet "attrahera" - att locka.

Eftersom galaxerna som utgör Great Attractor är dolda av interstellärt damm som är en del av Vintergatan, har kartläggning av Attractor endast varit möjlig under de senaste åren med hjälp av radioteleskop.

The Great Attractor ligger i skärningspunkten mellan flera superkluster av galaxer. Den genomsnittliga densiteten av materia i denna region är inte mycket större än universums genomsnittliga densitet. Men på grund av sin gigantiska storlek visar sig dess massa vara så stor och attraktionskraften är så enorm att inte bara vårt stjärnsystem utan även andra galaxer och deras hopar i närheten rör sig i riktning mot den stora attraktionen och bildar en enorm ström av galaxer.

Galaxens rörelsehastighet i universum. Till den stora attraktionen!

Så, låt oss summera.

Solens hastighet i galaxen och galaxen i universum. Pivottabell.

Hierarki av rörelser där vår planet deltar:

Jordens rotation runt solen;

Rotation tillsammans med solen runt mitten av vår galax;

Rörelse i förhållande till centrum av den lokala gruppen av galaxer tillsammans med hela galaxen under påverkan av gravitationsattraktionen av stjärnbilden Andromeda (galax M31);

Rörelse mot ett kluster av galaxer i stjärnbilden Jungfrun;

Rörelse till den stora attraktionen.

Solens hastighet i galaxen och hastigheten för Vintergatans galax i universum. Pivottabell.

Det är svårt att föreställa sig, och ännu svårare att beräkna, hur långt vi rör oss varje sekund. Dessa avstånd är enorma, och felen i sådana beräkningar är fortfarande ganska stora. Här är vad vetenskapen har hittills.

Om någon tror att ordet "scatter" har en rent sportslig, i extrema fall, "antiäktenskapliga" karaktär, så har de fel. Det finns mycket mer intressanta tolkningar. Till exempel indikerar Hubbles kosmologiska lag att... galaxer håller på att fly!

Tre sorters nebulosor

Föreställ dig: i ett svart, vidsträckt luftlöst utrymme rör sig stjärnsystem tyst och långsamt bort från varandra: ”Farväl! Adjö! Adjö!". Låt oss kanske lämna de "lyriska utvikningarna" åt sidan och vända oss till vetenskaplig information. År 1929 kom den mest inflytelserika astronomen på 1900-talet, den amerikanske vetenskapsmannen Edwin Powell Hubble (1889-1953), till slutsatsen att universum expanderar stadigt.

En man som ägnade hela sitt vuxna liv åt att reda ut strukturen i kosmos, föddes i Marshfield. Från tidig ålder var han intresserad av astronomi, även om han så småningom blev en certifierad advokat. Efter examen från Cambridge University arbetade Edwin i Chicago vid York Observatory. I första världskriget (1914-1918) stred han. Åren i frontlinjen sköt bara upptäckten tillbaka i tiden. Idag vet hela den vetenskapliga världen vad Hubble-konstanten är.

På väg till upptäckt

När han återvände från fronten vände forskaren sin uppmärksamhet mot observatoriet för höga berg Mount Wilson (Kalifornien). Han anställdes där. Förälskad i astronomi spenderade den unge mannen mycket tid med att titta in i linserna på enorma teleskop som mätte 60 och 100 tum. För den tiden - störst, nästan fantastiskt! Uppfinnarna har arbetat med enheterna i nästan ett decennium och uppnått högsta möjliga förstoring och bildskärpa.

Kom ihåg att universums synliga gräns kallas Metagalaxi. Den fortsätter till staten vid tiden för Big Bang (kosmologisk singularitet). Moderna bestämmelser säger att värdena för fysiska konstanter är homogena (vilket betyder ljusets hastighet, elementär laddning, etc.). Man tror att Metagalaxy innehåller 80 miljarder galaxer (en fantastisk siffra låter fortfarande så här: 10 sextiljoner och 1 septiljoner stjärnor). Form, massa och storlek – för universum är det helt andra begrepp än de som accepteras på jorden.

Mystiska cepheider

För att underbygga teorin som förklarar universums expansion krävdes långvarig djup forskning, komplexa jämförelser och beräkningar. I början av tjugotalet av XX-talet kunde gårdagens soldat äntligen klassificera de observerade nebulosorna separat från Vintergatan. Enligt hans upptäckt är de spiralformade, elliptiska och oregelbundna (tre slag).

I Andromeda, den spiralnebulosa som är närmast oss, men inte den närmaste, såg Edwin Cepheider (en klass av pulserande stjärnor). Hubbles lag är närmare än någonsin sin slutgiltiga bildning. Astronomen beräknade avståndet till dessa fyrar och storleken på de största. Enligt hans fynd innehåller Andromeda ungefär en biljon stjärnor (2,5-5 gånger så stor som Vintergatan).

Konstant

Vissa forskare, som förklarar Cepheidernas natur, jämför dem med uppblåsbara gummibollar. De ökar, minskar sedan, närmar sig sedan och flyttar sig sedan bort. Den radiella hastigheten fluktuerar i detta fall. Vid komprimering ökar temperaturen på "resenärerna" (även om ytan minskar). Pulserande stjärnor är en ovanlig pendel som förr eller senare kommer att sluta.

Liksom resten av nebulosorna karaktäriseras Andromeda av forskare som ett universum på en ö, som påminner om vår galax. 1929 upptäckte Edwin att galaxernas radiella hastigheter och deras avstånd är relaterade till varandra, linjärt beroende. En koefficient uttryckt i km/s per megaparsek, den så kallade Hubble-konstanten, bestämdes. Universum expanderar - de ständiga förändringarna. Men vid ett visst ögonblick i alla punkter i universums system är det samma. 2016 - 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc.

Idéer om universums system, fortsatt evolution, expansion, fick sedan en observationsbas. Processen studerades aktivt av astronomen fram till början av andra världskriget. 1942 ledde han External Ballistics Division vid Aberdeen Proving Ground (USA). Drömde en medarbetare till den kanske mest mystiska vetenskapen i världen om detta? Nej, han ville "dechiffrera" lagarna i de dolda hörnen av avlägsna galaxer! När det gäller politiska åsikter fördömde astronomen öppet ledaren för det tredje riket, Adolf Hitler. I slutet av sitt liv var Hubble känd som en kraftfull motståndare till användningen av massförstörelsevapen. Men tillbaka till nebulosor.

Bra Edwin

Många astronomiska konstanter korrigeras över tiden, nya upptäckter dyker upp. Men alla av dem jämförs inte med lagen om universums expansion. Den berömda astronomen på 1900-talet, Hubble (sedan Kopernikus tid har han inte varit jämställd!) ställs i paritet med grundaren av experimentell fysik, Galileo Galilei och författaren till en innovativ slutsats om förekomsten av stjärnsystem , William Herschel.

Redan innan Hubble-lagen upptäcktes, blev dess författare medlem av National Academy of Sciences i USA, senare akademier i olika länder, har många utmärkelser. Många har säkert hört talas om att för mer än tio år sedan rymdteleskopet Hubble sattes i omloppsbana och fungerar framgångsrikt. Detta är namnet på en av de mindre planeterna som kretsar mellan Mars och Jupiters banor (en asteroid).

Det skulle inte vara helt rättvist att säga att astronomen bara drömde om att föreviga sitt namn, men det finns indicier för att Edwin gillade att väcka uppmärksamhet. Det finns bilder där han glatt poserar bredvid filmstjärnor. Nedan kommer vi att prata om hans försök att "fixa" prestationen på pristagarnivå och därmed gå in i kosmologins historia.

Henrietta Leavitt metod

Den berömda brittiske astrofysikern skrev i sin bok A Brief History of Time att "upptäckten att universum expanderar var den största intellektuella revolutionen på 1900-talet." Hubble hade turen att vara på rätt plats vid rätt tidpunkt. Mount Wilson Observatory var centrum för det observationsarbete som låg till grund för den nya astrofysiken (senare kallad kosmologi). Det mest kraftfulla Hooker-teleskopet på jorden hade precis tagits i bruk.

Men Hubble-konstanten upptäcktes knappast bara av tur. Tålamod, uthållighet och förmågan att besegra vetenskapliga rivaler krävdes. Så den amerikanske astronomen Harlow Shapley föreslog sin modell av galaxen. Han var redan känd som vetenskapsmannen som bestämde storleken på Vintergatan. Han använde i stor utsträckning metoden för att bestämma avstånd från Cepheider, med hjälp av en metod som sammanställdes 1908 av Henrietta Swan Leavitt. Hon ställde in avståndet till objektet, baserat på standardvariationerna av ljus från ljusa stjärnor (cepheidvariabler).

Inte damm och gas, utan andra galaxer

Harlow Shapley trodde att galaxens bredd är 300 000 ljusår (ungefär tio gånger det tillåtna värdet). Shapley var dock, som de flesta astronomer på den tiden, säker: Vintergatan är hela universum. Trots ett förslag som först gjordes av William Herschel på 1700-talet, delade han den gemensamma uppfattningen att alla nebulosor för relativt närliggande föremål bara är fläckar av damm och gas på himlen.

Hur många bittra, kalla nätter satt Hubble framför det kraftfulla Hooker-teleskopet innan han kunde bevisa att Shapley hade fel. I oktober 1923 lade Edwin märke till ett "blinkande" föremål i M31-nebulosan (stjärnbilden Andromeda) och föreslog att det inte tillhörde Vintergatan. Efter att noggrant undersöka fotografiska plattor som fångade samma område som tidigare utforskats av andra astronomer, inklusive Shapley, insåg Edwin att detta var en Cepheid.

Kosmos upptäckt

Hubble använde Shapleys metod för att mäta avståndet till en variabel stjärna. Det visade sig att det uppskattas till miljontals ljusår från jorden, vilket är långt bortom Vintergatan. Själva galaxen innehåller miljontals stjärnor. Det kända universum expanderade dramatiskt samma dag och - på sätt och vis - själva Kosmos upptäcktes!

New York Times skrev: "De upptäckta spiralnebulosorna är stjärnsystem. Dr. Hubbel (sic) bekräftar uppfattningen att de är som "öuniversum" som liknar vårt eget." Upptäckten var av stor betydelse för den astronomiska världen, men Hubbles största ögonblick var ännu att komma.

Ingen statisk

Som vi sa, segern för Copernicus nr 2 kom 1929, då han klassificerade alla kända nebulosor och mätte deras hastigheter från spektra av utsänt ljus. Hans häpnadsväckande upptäckt att alla galaxer drar sig tillbaka från oss med hastigheter som ökar i proportion till deras avstånd från Vintergatan chockade världen. Hubbles lag omkullkastade den traditionella synen på ett statiskt universum och visade att det i sig är fullt av dynamik. Einstein själv böjde huvudet för sådana fantastiska observationsförmåga.

Författaren till relativitetsteorin korrigerade sina egna ekvationer, som han använde för att motivera universums expansion. Nu har Hubble visat att Einstein hade rätt. Hubble-tiden är den reciproka av Hubble-konstanten (t H = 1/H). Detta är den karakteristiska tiden för universums expansion för närvarande.

Exploderade och utspridda

Om konstanten 2016 är 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc, så kännetecknas expansionen för närvarande av följande siffror: (4,61 ± 0,05) 10 17 s eller (14,610 ± 0,016) 10 9 år gammal. Och igen, lite humor. Optimister säger att det är bra att galaxerna "springer isär". Om du föreställer dig att de närmar sig, skulle det förr eller senare bli en Big Bang. Men det var med honom som universums födelse började.

Galaxerna "rusade" (började röra sig) åt olika håll samtidigt. Om borttagningshastigheten inte var proportionell mot avståndet är explosionsteorin meningslös. En annan derivatkonstant är Hubble-avståndet - produkten av tid och ljusets hastighet: D H = ct H = c/H. För närvarande - (1,382 ± 0,015) 10 26 m eller (14,610 ± 0,016) 10 9 ljusår.

Och igen om den uppblåsbara bollen. Man tror att även astronomer inte alltid tolkar universums expansion korrekt. Vissa finsmakare tror att den sväller som en gummiboll, utan att känna till några fysiska begränsningar. Samtidigt rör sig galaxerna själva inte bara bort från oss, utan "busar" också slumpmässigt inuti de orörliga hoparna. Andra hävdar att avlägsna galaxer "svävar iväg" som fragment av Big Bang, men de gör det lugnt.

Kan bli nobelpristagare

Hubble försökte vinna Nobelpriset. I slutet av 1940-talet anlitade han till och med en reklamagent (nu skulle han kallas PR-chef) för att främja fallet. Men ansträngningarna var förgäves: det fanns ingen kategori för astronomer. Edwin dog 1953 under vetenskaplig forskning. Under flera nätter observerade han extragalaktiska föremål.

Hans sista ambitiösa dröm förblev ouppfylld. Men vetenskapsmannen skulle verkligen vara glad att ett rymdteleskop döptes efter honom. Och generationer av bröder i åtanke fortsätter att utforska det stora och underbara utrymmet. Den rymmer fortfarande många mysterier. Hur många upptäckter väntar! Och Hubbles derivatkonstanter kommer säkert att hjälpa en av de unga forskarna att bli Copernicus nr 3.

Utmanande Aristoteles

Vad kommer att bevisas eller vederläggas, som när teorin om oändlighet, evighet och oföränderligheten av rymden runt jorden, som Aristoteles själv stödde, flög i spillror? Han tillskrev symmetri och perfektion till universum. Den kosmologiska principen bekräftades: allt flyter, allt förändras.

Man tror att om miljarder år kommer himlen att vara tom och mörk. Expansionen kommer att "föra bort" galaxer bortom den kosmiska horisonten, varifrån ljus inte kan nå oss. Kommer Hubble-konstanten att vara relevant för ett tomt universum? Vad kommer att bli av vetenskapen om kosmologi? Kommer hon att försvinna? Alla dessa är antaganden.

Rödförskjutning

Under tiden har Hubble-teleskopet tagit en bild som visar att vi fortfarande är långt ifrån det universella tomrummet. I en professionell miljö finns en uppfattning om att upptäckten av Edwin Hubble är värdefull, men inte hans lag. Det var dock han som nästan omedelbart kändes igen i den tidens vetenskapliga kretsar. Observationer av "rödförskjutningen" vann inte bara rätten att existera, det är också relevant under XXI-talet.

Och idag, när de bestämmer avståndet till galaxer, förlitar de sig på vetenskapsmannens superupptäckt. Optimister säger att även om vår galax förblir den enda kommer vi inte att vara "uttråkade". Det kommer att finnas miljarder dvärgstjärnor och planeter. Det betyder att bredvid oss ​​kommer det fortfarande att finnas "parallella världar" som kommer att behöva utforskas.

De stora fysikerna från det förflutna I. Newton och A. Einstein såg universum som statiskt. Den sovjetiske fysikern A. Fridman kom 1924 med teorin om "återgående" galaxer. Friedman förutspådde universums expansion. Detta var en revolutionär omvälvning i den fysiska representationen av vår värld.

Den amerikanske astronomen Edwin Hubble utforskade Andromeda-nebulosan. År 1923 kunde han anse att dess utkanter är hopar av enskilda stjärnor. Hubble beräknade avståndet till nebulosan. Det visade sig vara 900 000 ljusår (ett mer exakt beräknat avstånd är idag 2,3 miljoner ljusår). Det vill säga nebulosan ligger långt bortom Vintergatan – Vår galax. Efter att ha observerat denna och andra nebulosor kom Hubble till en slutsats om universums struktur.

Universum består av en samling enorma stjärnhopar - galaxer.

Det är de som visas för oss på himlen som avlägsna dimmiga "moln", eftersom vi helt enkelt inte kan betrakta enskilda stjärnor på så långt avstånd.

E. Hubble lade märke till en viktig aspekt i de erhållna uppgifterna, som astronomer hade observerat tidigare, men hade svårt att tolka. Den observerade längden av de spektrala ljusvågorna som emitteras av atomerna i avlägsna galaxer är nämligen något längre än längden på de spektrala vågorna som emitteras av samma atomer under förhållanden i terrestra laboratorier. Det vill säga, i emissionsspektrumet för angränsande galaxer, skiftas ett ljuskvantum som emitteras av en atom under ett elektronhopp från bana till bana i frekvens i riktningen för den röda delen av spektrumet jämfört med ett liknande kvantum som emitteras av samma atom på jorden. Hubble tog på sig att tolka denna observation som en manifestation av Dopplereffekten.

Alla observerade närliggande galaxer rör sig bort från jorden, eftersom nästan alla galaktiska objekt utanför Vintergatan har en röd spektral förskjutning som är proportionell mot hastigheten för deras avlägsnande.

Viktigast var att Hubble kunde jämföra resultaten av sina mätningar av avstånden till närliggande galaxer med mätningarna av deras borttagningshastigheter (genom rödförskjutning).

Matematiskt är lagen väldigt enkelt formulerad:

där v är hastigheten för galaxen som rör sig bort från oss,

r är avståndet till det,

H är Hubble-konstanten.

Och även om Hubble från början kom till denna lag som ett resultat av att bara observera ett fåtal galaxer närmast oss, faller inte en av de många nya galaxerna i det synliga universum som upptäckts sedan dess, mer och mer avlägset från Vintergatan. av denna lag.

Så, den huvudsakliga konsekvensen av Hubbles lag:

Universum expanderar.

Själva tyget av världsrymden expanderar. Alla observatörer (och vi är inget undantag) anser sig vara i universums centrum.

4. The Big Bang Theory

Från det experimentella faktumet om galaxernas recession uppskattades universums ålder. Det visade sig vara lika - cirka 15 miljarder år! Så började den moderna kosmologins era.

Naturligtvis uppstår frågan: vad hände i början? Totalt tog det forskarna cirka 20 år att helt vända på idéerna om universum igen.

Svaret föreslogs av den framstående fysikern G. Gamow (1904 - 1968) på 40-talet. Vår världs historia började med Big Bang. Detta är precis vad de flesta astrofysiker tror idag.

Big Bang är ett snabbt fall i den från början enorma densiteten, temperaturen och trycket hos materia koncentrerad i en mycket liten volym av universum. All materia i universum komprimerades till en tät klump av protomatter, innesluten i en mycket liten volym jämfört med universums nuvarande skala.

Idén om universum, som föddes från en supertät koagel av superhet materia och som har expanderat och svalnat sedan dess, kallas Big Bang-teorin.

Det finns ingen mer framgångsrik kosmologisk modell av universums ursprung och utveckling idag.

Enligt Big Bang-teorin bestod det tidiga universum av fotoner, elektroner och andra partiklar. Fotoner interagerade ständigt med andra partiklar. När universum expanderade svalnade det och i ett visst skede började elektroner kombineras med kärnorna av väte och helium och bilda atomer. Detta hände vid en temperatur på cirka 3000 K och universums ungefärliga ålder är 400 000 år. Från det ögonblicket kunde fotoner röra sig fritt i rymden, praktiskt taget utan att interagera med materia. Men vi är kvar med "vittnen" från den eran - det här är relikfotoner. Man tror att relikstrålningen har bevarats från de inledande stadierna av universums existens och fyller den jämnt. Som ett resultat av ytterligare kylning av strålningen minskade dess temperatur och är nu cirka 3 K.

Existensen av CMB förutspåddes teoretiskt inom ramen för Big Bang-teorin. Det anses vara en av de viktigaste bekräftelserna på Big Bang-teorin.